โซลูชันทางเทคนิคของตัวรับส่งสัญญาณแสงศูนย์ข้อมูล NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS

NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS Data Center Optical Transceiver Technical Solution การสมดุลความกว้างแบนด์บิดและระยะทาง ระหว่าง Rack-to-Rack และ Inter-Facility Links

1. สถานการณ์โครงการและการวิเคราะห์ความต้องการ

ในขณะที่ 25G Ethernet เสริมตําแหน่งเป็นความเร็วระดับการเข้าถึงแบบตั้งค่าสําหรับศูนย์ข้อมูลธุรกิจและระดับยี่ห้อขนาดใหญ่ ผู้ออกแบบเครือข่ายต้องเผชิญกับโจทย์การออกแบบระดับฟิสิกอลที่ซ้ําเกิดขึ้น: how to provision 25G connectivity across varying distances — from adjacent racks within the same row (5–15 meters) to cross-aisle links (30–60 meters) and even inter-building campus connections (up to 100 meters) — without proliferating transceiver typesวิธีการทางดั้งเดิมของการเลือกโมดูลทางออปติกที่แตกต่างกันสําหรับแต่ละระดับระยะทาง (เช่น SR สําหรับระยะสั้นLR สําหรับความยาว) นํามาความซับซ้อนในการปฏิบัติงานและเพิ่มความเสี่ยงของการจัดหาผิด, เมื่อโมดูลระยะสั้นถูกใช้โดยไม่ตั้งใจบนลิงค์ที่ยาวกว่า, ส่งผลให้มีอัตราความผิดพลาดบิต (BER) ที่ไม่สามารถคาดเดาได้

ความท้าทายนี้ถูกเพิ่มขึ้นด้วยแนวโน้มในอุตสาหกรรมสามอย่างที่พร้อมกัน อันดับแรก การรับใช้รูปแบบ 25G SFP28 อย่างกว้างขวางทั้งในสวิตช์และ NIC ของเซอร์เวอร์ได้สร้างฐานติดตั้งขนาดใหญ่แต่ไม่ใช่ตัวรับสัญญาณ SFP28 ทั้งหมดที่ให้ผลงานที่สม่ําเสมอผ่านไฟเบอร์มัลติโมด (MMF)อย่างที่สอง การดําเนินงานอย่างยั่งยืนกําลังขับเคลื่อนการลดการใช้พลังงานในท่าเรือเพราะสวิตช์ความหนาแน่นสูงที่มีพอร์ต 48 หรือ 64 สามารถใช้พลังงานที่สําคัญถ้าเครื่องรับสัญญาณไม่ได้ถูกปรับปรุงอันดับที่สาม ทีมปฏิบัติการต้องการความสามารถในการวินิจฉัยแบบเดียวกันในทุกเส้นทางออปติก เพื่อปรับปรุงการติดตามและลดเวลาการซ่อมแซม (MTTR)จําเป็นต้องมีทางแก้ไขทางเทคนิคที่มีโครงสร้าง, เครื่องรับสัญญาณ 25G SR ที่มีลักษณะดีในขณะที่ให้แนวทางที่ชัดเจนสําหรับการวางแผนระยะไกล, การรับรองงบประมาณลิงค์ และการจัดการสุขภาพอย่างระวัง

2. การออกแบบระบบอาร์คิเทคชันเครือข่าย / ระบบโดยรวม

สถาปัตยกรรมที่เสนอใช้ท็อปโลจีกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานกระดานโดยทั่วไปพร้อมกับพอร์ต 48 SFP28, เชื่อมต่อกับเซอร์เวอร์ผ่าน 25G ลิงค์, ในขณะที่หลาย 100G หรือ 400G uplink เชื่อมต่อชั้นใบกับชั้นกระดูกสันหลังสําหรับการจราจรระหว่างโพดและศูนย์ข้อมูลเชื่อมต่อ (DCI).หลักการสถาปัตยกรรมสําคัญคือการรักษา SKU เครื่องรับสัญญาณออปติกที่ตรงกันข้ามในทุก 25G การเข้าถึงลิงค์, ไม่ว่าจะเป็นระยะทางระหว่างสวิทช์และจุดปลาย หากระยะทางยังคงอยู่ในความสามารถในการบรรลุของโมดูลที่เลือก

สําหรับสถาปัตยกรรมนี้NVIDIA Mellanox MMA2P00-ASได้ถูกเลือกเป็นตัวรับสัญญาณออปติก 25G เดียวสําหรับการเชื่อมต่อชั้นการเข้าถึงทั้งหมดMMA2P00-AS 25GBASE-SR MMF 850nmเครื่องรับสัญญาณทํางานผ่านไฟเบอร์มูลติโมดแบบสองแบบ (OM3 หรือ OM4) ด้วยความยาว 70 เมตรบน OM3 และ 100 เมตรบน OM4ครอบคลุมส่วนใหญ่ของสายเชื่อมต่อภายในศูนย์ข้อมูล จากสายพับภายในราค ถึงสายเชื่อมต่อโครงสร้างข้ามทาง และแม้กระทั่งสายเชื่อมต่อระหว่างอาคารในคัมพัสการใช้ SKU เครื่องรับสัญญาณเดียว ทําให้เอกสารสถาปัตยกรรมเรียบง่ายNVIDIA Mellanox MMA2P00-ASคือรองรับ MMA2P00-ASกับสวิตช์ NVIDIA Spectrum, แอดป์เตอร์ ConnectX และ DPU BlueField ทั้งหมด รวมถึงโฮสต์ SFP28 ของบริษัทที่ปฏิบัติตาม SFF-8431 และ SFF-8472

สถาปัตยกรรมยังรวมการออกแบบโรงงานไฟเบอร์มาตรฐาน ทุก 25G การเชื่อมต่อการเข้าใช้ OM4 MMF กับ LC คอนเนกเตอร์ duplex, จบในแผ่นการเชื่อมเคเบิลโครงสร้างในทั้งสองปลาย.การออกแบบนี้รับประกันว่าพอร์ตเซอร์เวอร์ใด ๆ สามารถเชื่อมต่อกันได้กับพอร์ตสวิตช์ใด ๆ ภายในขอบเขต 100 เมตร, ให้ความยืดหยุ่นสูงสุดสําหรับการปรับสมดุลความจุและรอบการอัพเดทฮาร์ดแวร์รายละเอียด MMA2P00-ASสําหรับรัศมีโค้ง (ขั้นต่ํา 30 มิลลิเมตรแบบไดนามิก) ความสะอาดของเชื่อมต่อ (ตาม IEC 61300-3-35) และงบประมาณการสูญเสียการใส่ (ยอดรวมสูงสุด 2.5 dB สําหรับสายเชื่อมเต็มรวมถึงเชื่อมต่อและการผสม)

3. บทบาทและลักษณะสําคัญของ NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS ในคําตอบ

ภายในโครงสร้างนี้MMA2P00-AS 25G SFP28 เครื่องรับแสงทําหน้าที่เป็นอินเตอร์เฟซออปติกส์มาตรฐานที่เชื่อมต่อส่วนไฟฟ้าของสวิตช์ / แอดป์เตอร์กับพื้นฐานไฟฟ้าออปติกส์ลักษณะทางเทคนิคสําคัญของมันสําคัญต่อความสําเร็จของยุทธศาสตร์ SKU เดียว:

• ความสอดคล้อง IEEE 802.3by 25GBASE-SR:รับประกันความสามารถในการทํางานร่วมกับพอร์ต Ethernet 25G มาตรฐานใด ๆ โดยกําจัดวงจรการรับรองเฉพาะผู้ขาย
• เครื่องส่ง VCSEL 850nm:ให้พลังงานผลิตแสงที่น่าเชื่อถือ (-4 ถึง +4 dBm) กับความรุนแรงเสียงสัมพันธ์ต่ํา (RIN) รองรับแผนภูมิตาที่สะอาดผ่านไฟเบอร์มัลติโมด
• เครื่องรับรหัส PIN ความรู้สึกสูงความรู้สึกเฉพาะอย่างยิ่ง -8.5 dBm ที่ 25.78 Gbps, ส่งผลให้มีการเชื่อมโยงอย่างน้อย 3.0 dB บน OM4 ในระยะ 100 เมตร, คิดถึงการสูญเสียสายเชื่อมและการเก่า.
• ประสิทธิภาพพลังงาน:การบริโภคแบบปกติต่ํากว่า 1.5W ทําให้การตั้งค่าพอร์ตหนาแน่นได้โดยไม่เกินงบประมาณความร้อน
• การติดตามการวินิจฉัยดิจิตอล (DDM)การรายงานในเวลาจริงของพลังงาน Tx, พลังงาน Rx, อุณหภูมิ, ความตึงเครียด และกระแสไฟฟ้าผ่านอินเตอร์เฟซ I2C มาตรฐาน ทําให้สามารถตรวจสอบความผิดพลาดได้อย่างระยะยาว
• ระยะอุณหภูมิการทํางานที่กว้าง:อุณหภูมิกรอบ 0 °C ถึง 70 °C รับประกันการทํางานที่น่าเชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมเรคความหนาแน่นสูงที่มีความร้อนภายในที่สูง

ลักษณะเหล่านี้ถูกบันทึกอย่างครบถ้วนในใบข้อมูล MMA2P00-AS, ซึ่งรวมถึงหน้ากากแผนตา, กุ้งความอดทนต่อการกระแทก, และแผนกลสําหรับการบูรณาการในเครื่องมือการวางแผนตู้.แผ่นข้อมูลยังให้ตารางงบประมาณเชื่อมโยงรายละเอียดที่อ้างอิงในช่วงการวางแผนสถาปัตยกรรมเพื่อยืนยันว่า, การสูญเสียของเครื่องเชื่อม และการสูญเสียของเครื่องเชื่อม) อยู่ภายในงบประมาณทางออนไลน์ของโมดูล

4. แนะนําการจัดจําหน่ายและการปรับขนาด (พร้อมอธิบายทอปโลยีทั่วไป)

สําหรับการใช้งานครั้งแรก, เราแนะนําวิธีการจัดพื้นที่ที่สร้างโครงสร้างที่แผนที่ระยะระดับระยะห่างไปยังชนิดสายเคเบิลมาตรฐานและรับประกันความสม่ําเสมอของเส้นเชื่อมผ่านทุกการเชื่อมต่อ.โทโปโลยีทั่วไปดังต่อไปนี้ถูกใช้สําหรับสวิตช์ใบ 48 ท่าทางที่ให้บริการ 48 เซอร์เวอร์ใน 6 ตู้ (8 เซอร์เวอร์ต่อตู้), กับระยะทางระหว่างตู้จาก 5 ถึง 25 เมตร:

• โซน A (ภายในถัง 2 5 เมตร)การเชื่อมต่อสายพับ OM4 โดยตรงจากสวิตช์ใบ (ในตู้เดียวกัน) ไปยังเซอร์เวอร์. ขอบเชื่อมต่อเกิน 6 dB, รับประกันการทํางานที่แข็งแรงแม้กระทั่งการทําลายตัวเชื่อมที่ปานกลาง
• โซน B (ตู้ที่อยู่ใกล้ๆกัน 815 เมตร)การเชื่อมต่อสายไฟฟ้าแบบมีโครงสร้างผ่านแทรกไฟเบอร์บนหัวที่มีแผ่นพลาชกลาง จํานวนตัวเชื่อมรวม: 2 คู่ที่จับคู่ต่อต่อต่อต่อ. ขอบเชื่อม: 4?? 5 dB, อยู่ในขั้นต่ํา 3.0 dB ของโมดูล
• โซน C (ข้ามทางเดิน / ระหว่างแถว 20 ‰ 50 เมตร)กระเป๋า OM4 ที่ถูกปิดก่อนด้วยเครื่องเชื่อมที่เคลือบในโรงงาน, นําไปใต้พื้นที่สูงขึ้น. ขอบเชื่อม: 3.0 ~ 4.0 dB, ยังคงสะดวกสบายแม้กระทั่งการบัญชีถึง 0.5 dB ของการแก่ตัวมากกว่า 5 ปี
• โซน D (แคมปัสระหว่างอาคาร, 70×100 เมตร):ใช้เพียงสําหรับการเชื่อมต่อที่ใกล้กับคัมพัส ที่มีโครงสร้างโครงสร้าง OM4 มีส่วนผันการเชื่อมต่อที่ 100 เมตรประมาณ 3.0 dBต้องการการทําความสะอาดเครื่องเชื่อมอย่างละเอียด และให้สอดคล้องกับรัศมีโค้งตามที่ระบุในรายละเอียด MMA2P00-AS.

การปรับขนาดเกินโพดเดียวปฏิบัติตามหลักการการจัดพื้นที่เดียวกัน โดยเพิ่มสวิตช์รวมระหว่างที่ปิดการเชื่อมต่อการเข้าถึง 25G จากโพดหลายตัวMMA2P00-AS 25G SFP28 โซลูชั่นเครื่องรับแสงใช้สกูเดียว การขยายไม่จําเป็นต้องคาดการณ์ประเภทตัวรับสัญญาณต่อระยะทางนี่ทําให้โลจิสติกิสต์ง่ายขึ้น และทําให้ทีมปฏิบัติการสามารถรักษาคลังสํารองของเครื่องรับสัญญาณสํารองขนาดเล็ก (โดยทั่วไป 5% ของหน่วยที่ใช้) เพื่อการเปลี่ยนอย่างรวดเร็วระหว่างเหตุการณ์การบํารุงรักษา.

สําหรับการวางแผนระยะทางตารางต่อไปนี้ ให้แนวทางสําหรับความกว้างสูงสุด โดยใช้ประเภทไฟเบอร์และงบประมาณการเชื่อมต่อ

เมื่อใช้งานในระยะห่างที่ใกล้ถึงความกว้างสูงสุด เราแนะนําให้ทําการวัดพลังงานทางแสงระหว่างการใช้งาน โดยใช้แหล่งแสงและเครื่องวัดพลังงานการเปรียบเทียบความสูญเสียที่วัดไปกับงบประมาณที่คํานวณจากใบข้อมูล MMA2P00-ASขั้นตอนการรับรองนี้ทําให้แน่ใจว่าความบกพร่องในสายไฟหรือการปนเปื้อนใด ๆ จะถูกตรวจพบก่อนการวางสายเชื่อมเข้าสู่การผลิต

5. การดําเนินงานและการบํารุงรักษา: การติดตาม, การแก้ไขปัญหา, และ Optimization

วงจรชีวิตการดําเนินงานของพื้นฐานออฟติกที่ใช้ MMA2P00-AS จําเป็นต้องใช้วิธีการติดตามและจัดการความผิดพลาดอย่างเป็นระบบ โดยใช้ประโยชน์จากความสามารถ DDM ของโมดูลเราแนะนําการบูรณาการอินเตอร์เฟซการจัดการ I2C ในระบบจัดการเครือข่ายกลาง (NMS) โดยใช้มาตรฐาน SFF-8472 MIB หรือการขยายเฉพาะผู้จําหน่ายขั้นต่ําสําคัญในการตั้งค่าสําหรับการแจ้งเตือนแบบโปรแอคทีฟ ได้แก่

• การลดความแรง Tx:เตือนถ้าพลังงานออกลดลงมากกว่า 2.0 dB จากนามินาล แสดงถึงการเก่าของเลเซอร์หรือการปนเปื้อนของเครื่องเชื่อมที่ด้านส่ง
• ขอบเขตพลังงาน Rx:เตือนเมื่อพลังงานที่ได้รับเข้าใกล้ -8.0 dBm (มีความรู้สึกที่ -8.5 dBm) แสดงถึงการสูญเสียเชื่อมต่อที่เกินขีดจํากัดหรือความเสียหายของเคเบิล
• การออกเดินทางระดับอุณหภูมิเตือนถ้าอุณหภูมิห้องเกิน 65 °C ซึ่งชี้ให้เห็นว่ามีอุปสรรคการไหลของอากาศ, พัดลมล้มเหลว, หรืออุณหภูมิบริเวณเพิ่มขึ้น
• การเคลื่อนไหวของกระแสไฟฟ้า:ติดตามการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าเลเซอร์ในช่วงเวลา; การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเกิน 30% ของนามinali สามารถชี้ให้เห็นถึงการทําลายเลเซอร์

ในกรณีการเสื่อมสภาพของลิงค์หรือความล้มเหลว ควรปฏิบัติตามโปรโตคอลการแก้ไขปัญหาที่จัดระเบียบ

1. ยืนยัน DDM การอ่านเพื่อยกเว้นความผิดปกติของพลังงานทางออปติก; เปรียบเทียบค่า Tx และ Rx กับช่วงที่คาดหวังจากรายละเอียด MMA2P00-AS.
2. ตรวจสอบเครื่องเชื่อม QSFP/SFP28 ในทั้งสองปลาย โดยใช้กล้องจุลินทรีย์ด้านปลาย; ทําความสะอาดถ้าพบการปนเปื้อนตามมาตรฐาน IEC 61300-3-35
3. ทดสอบเชื่อมต่อด้วยเครื่องรับสัญญาณ MMA2P00-AS ที่ดีเพื่อยืนยันว่าความผิดพลาดอยู่ที่โมดูลหรือโรงงานไฟเบอร์
4. หากปัญหายังคงอยู่ ทําการทดสอบแบบออฟติกส์ ทาเมอร์การสะท้อนระยะเวลา (OTDR) เพื่อหาจุดแตกของเส้นใย, การบิดเกินขั้น หรือความล้มเหลวในการผสม

โอกาสในการปรับปรุงประกอบด้วย การตรวจสอบการจัดการสายไฟฟ้าในระยะเวลา เพื่อให้แน่ใจว่าความเป็นมาของรัศมีโค้งขั้นต่ํา และเพื่อตรวจสอบว่าสายไฟฟ้าไม่ถูกกดหรือถูกกดขั้นเกินนอกจากนี้เพราะราคา MMA2P00-ASมีความสามารถในการแข่งขันกับโมดูล 25G SR ที่ได้รับคุณภาพอื่นๆเราแนะนําให้มีสต็อคเครื่องรับสัญญาณสํารองเล็ก ๆ (ประมาณ 5% ของยูนิตทั้งหมดที่นําไปใช้) เพื่อให้สามารถเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วและลด MTTR ให้น้อยที่สุดสําหรับการจัดจําหน่ายขนาดใหญ่ พิจารณาการนํามาใช้ แดชบอร์ดสุขภาพทางออโต้ที่รวมข้อมูล DDM ทั่วทุกลิงค์ ทําให้การบํารุงรักษาและการวางแผนความจุได้แบบคาดการณ์ได้

6. สรุปและการประเมินค่า

รายการNVIDIA Mellanox MMA2P00-AS-based ทางแก้ไขทางเทคนิค ให้วิธีการปฏิบัติการที่ผ่านการรับรองในสนามเพื่อสมดุลความกว้างแบนด์บิดและระยะทางเครื่องรับสัญญาณ SFP28 SR ที่สอดคล้องกับ IEEEMMA2P00-AS 25G SFP28 เครื่องรับแสง✅สถาปัตยกรรมกําจัดความซับซ้อนของการจัดการ SKU หลายสําหรับระดับระยะทางที่แตกต่างกัน ลดคลังอะไหล่และปรับปรุงการวางแผนการใช้เทคโนโลยี VCSEL 850nm ของโมดูล, รวมไปถึงตัวรับรหัส PIN ความรู้สึกสูง, ให้ผลงานที่น่าเชื่อถือได้บน OM3 และ OM4 MMF ถึง 100 เมตร, ครอบคลุมส่วนใหญ่ของเชื่อมต่อภายในศูนย์ข้อมูลและคัมพัส.

เมตรค่าหลักจากการใช้งานที่เทียบได้ประกอบด้วย

• การลดคลังสินค้า:SKU เครื่องรับส่งและส่งสัญญาณเดียวแทนเลขส่วนที่เฉพาะระยะทางสองหรือสามตัว ลดค่าใช้จ่ายด้าน logistics โดย 40%-50%
• ประสิทธิภาพพลังงาน:ใน < 1.5W ต่อโมดูล MMA2P00-AS สนับสนุนการลดต้นทุนการเย็นและปรับปรุง PUE
• ความน่าเชื่อถือในการใช้งาน:การติดตามแบบโปรแอคทีฟที่มี DDM ทําให้ MTTR ลดลงถึง 60% สําหรับความผิดพลาดชั้นออทติก
• การปรับปรุงค่าใช้จ่าย:รายการราคา MMA2P00-ASมีความสามารถในการแข่งขันกับโมดูล 25G SR ที่ได้รับคุณภาพอื่น ๆ ในขณะที่ความเข้ากันได้อย่างกว้างขวางของมันกําจัดค่าใช้จ่ายการประเมินคุณภาพเพิ่มเติม

สําหรับสถาปนิกเครือข่ายและผู้นําวิศวกรรม MMA2P00-AS ให้บริการอินเตอร์เฟซออปติก "ปรับและลืม" ที่รักษาผลประกอบการที่คงที่ข้ามความแตกต่างของอุณหภูมิและความเครียดทางกลการแก้ไขที่แนะนําโดยเฉพาะอย่างยิ่งสําหรับศูนย์ข้อมูลเขียวที่วางแผนเครือข่ายการเข้าถึง 25G มาตรฐาน, รวมถึงสภาพแวดล้อมในพื้นที่สีน้ําตาลที่ปรับปรุงจาก 10G ไปยัง 25G โดยการนําพื้นฐานไฟเบอร์มัลติโมดที่มีอยู่ไปใช้ใหม่และสภาพแวดล้อมการเก็บข้อมูลขององค์กร, อาร์คิทคอเรกชั่นการเชื่อมต่อแบบ MMA2P00-AS ให้พื้นฐานที่แข็งแกร่งและสามารถปรับขนาดได้ ซึ่งสอดคล้องกับข้อจํากัดการดําเนินงานปัจจุบันและแผนการขับเคลื่อนความจุในระยะยาว

สําหรับแนวทางการบูรณาการรายละเอียด, ข้อมูลการจําลองความร้อน, และแพ็คเกจการรับรองความสอดคล้อง, กรุณาดูเอกสารผลิตภัณฑ์อย่างเป็นทางการ