راه حل فنی گیرنده نوری مرکز داده NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS

راه حل فنی گیرنده نوری مرکز داده NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS | متعادل کردن پهنای باند و فاصله در میان پیوندهای Rack-to-Rack و Inter-Facility

1. پیشینه پروژه و تجزیه و تحلیل نیازمندیها

از آنجایی که اترنت 25G موقعیت خود را به عنوان سرعت لایه دسترسی پیش فرض برای مراکز داده سازمانی و فرامقیاس تثبیت می کند، معماران شبکه با یک چالش طراحی لایه فیزیکی مکرر مواجه می شوند: نحوه ارائه اتصال 25G در فواصل مختلف - از رک های مجاور در یک ردیف (5 تا 15 متر) تا پیوندهای متقابل راهرو (پیوندهای بین راهروی (30-6 متر) و حتی 10-6 متر اتصال به محوطه دانشگاه. متر) - بدون تکثیر انواع فرستنده گیرنده، افزایش هزینه های موجودی، یا به خطر انداختن یکپارچگی سیگنال. رویکرد سنتی انتخاب ماژول‌های نوری متمایز برای هر ردیف فاصله (مثلاً SR برای دسترسی کوتاه، LR برای دسترسی طولانی) پیچیدگی عملیاتی را معرفی می‌کند و خطر تأمین نادرست را افزایش می‌دهد، جایی که یک ماژول کوتاه‌دست به طور ناخواسته بر روی یک پیوند طولانی‌تر مستقر می‌شود و باعث نرخ‌های خطای بیت غیرقابل پیش‌بینی (BER) می‌شود.

این چالش با سه روند همزمان صنعت ترکیب شده است. اولاً، پذیرش گسترده فاکتورهای شکل 25G SFP28 در هر دو سوییچ و کارت شبکه سرور، یک پایگاه نصب شده بزرگ ایجاد کرده است، اما همه فرستنده‌های گیرنده SFP28 عملکرد ثابتی را روی فیبر چند حالته (MMF) ارائه نمی‌دهند. دوم، الزامات پایداری باعث کاهش مصرف برق در هر پورت می‌شود، زیرا سوئیچ‌های با چگالی بالا با 48 یا 64 پورت در صورت بهینه‌سازی نشدن فرستنده‌ها، می‌توانند انرژی قابل توجهی مصرف کنند. سوم، تیم‌های عملیاتی برای ساده‌سازی نظارت و کاهش میانگین زمان تا تعمیر (MTTR) به قابلیت‌های تشخیصی یکنواخت در همه پیوندهای نوری نیاز دارند. یک راه حل فنی ساختاریافته مورد نیاز است - راه حلی که روی یک فرستنده و گیرنده 25G SR با مشخصه های خوب استاندارد شود و در عین حال دستورالعمل های روشنی برای برنامه ریزی فاصله، اعتبارسنجی بودجه پیوند و مدیریت پیشگیرانه سلامت ارائه دهد.

2. طراحی کلی شبکه / سیستم معماری

معماری پیشنهادی از یک توپولوژی لایه‌بندی شده با پورت‌های 25G SFP28 استفاده می‌کند که به عنوان لایه دسترسی برای تمام گره‌های محاسباتی و ذخیره‌سازی عمل می‌کند. هر سوئیچ برگ ToR (Top-of-Rack) که معمولاً به 48 پورت SFP28 مجهز است، از طریق پیوندهای 25G به سرورهای خود متصل می شود، در حالی که چندین لینک بالا 100G یا 400G برای ترافیک بین پاد و مرکز داده (DCI) لایه لایه را به لایه ستون فقرات متصل می کند. اصل کلیدی معماری حفظ یک SKU فرستنده و گیرنده نوری ثابت در تمام پیوندهای دسترسی 25G بدون توجه به فاصله بین سوئیچ و نقطه پایانی است، مشروط بر اینکه فاصله در محدوده قابلیت های دسترسی ماژول انتخابی باقی بماند.

برای این معماری،NVIDIA Mellanox MMA2P00-ASبه عنوان تنها فرستنده و گیرنده نوری 25G برای تمام پیوندهای لایه دسترسی تا 100 متر انتخاب شده است. اینMMA2P00-AS 25GBASE-SR MMF 850 ​​نانومترفرستنده گیرنده بر روی فیبر چند حالته دوبلکس (OM3 یا OM4) با برد 70 متر در OM3 و 100 متر در OM4 کار می‌کند، که اکثریت قریب به اتفاق پیوندهای درون مرکز داده را پوشش می‌دهد - از سیم‌های پچ داخل رک گرفته تا کابل‌کشی ساختاری متقاطع و حتی اتصالات بین ساختمانی کوتاه در محوطه دانشگاه. استفاده از یک فرستنده گیرنده SKU اسناد معماری را ساده می کند، زیراNVIDIA Mellanox MMA2P00-ASاستسازگار با MMA2P00-ASبا تمام سوئیچ های طیف NVIDIA، آداپتورهای ConnectX و DPU های BlueField، و همچنین میزبان های SFP28 شخص ثالث که با مشخصات SFF-8431 و SFF-8472 مطابقت دارند.

این معماری همچنین دارای طراحی استاندارد کارخانه فیبر است. همه پیوندهای دسترسی 25G از OM4 MMF با کانکتورهای LC دوبلکس استفاده می کنند که در هر دو انتها به پانل های کابل کشی ساخت یافته ختم می شود. این طراحی تضمین می کند که هر پورت سرور می تواند به هر پورت سوئیچ در محدوده دسترسی 100 متری متصل شود و حداکثر انعطاف را برای تعادل مجدد ظرفیت و چرخه های به روز رسانی سخت افزار فراهم می کند. راهنمای طراحی بهمشخصات MMA2P00-ASبرای شعاع خم (حداقل 30 میلی متر دینامیک)، تمیزی کانکتور (بر اساس IEC 61300-3-35)، و بودجه تلفات درج (حداکثر 2.5 دسی بل برای پیوند کامل، از جمله اتصالات و اتصالات).

3. نقش و ویژگی های کلیدی NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS در راه حل

در این معماری،گیرنده نوری MMA2P00-AS 25G SFP28به عنوان رابط نوری استاندارد شده عمل می کند که دامنه الکتریکی سوئیچ/آداپتور را با زیرساخت فیبر نوری پل می کند. ویژگی های فنی کلیدی آن برای موفقیت استراتژی تک SKU حیاتی است:

• مطابقت با IEEE 802.3 by 25GBASE-SR:قابلیت همکاری با هر پورت اترنت استاندارد 25G را تضمین می کند و چرخه های صلاحیت خاص فروشنده را حذف می کند.
• فرستنده 850 نانومتری VCSEL:توان خروجی نوری قابل اعتماد (4- تا 4+ dBm) را با نویز با شدت نسبی کم (RIN) فراهم می کند و از نمودارهای چشمی تمیز روی فیبر چند حالته پشتیبانی می کند.
• گیرنده پین ​​با حساسیت بالا:حساسیت معمولی -8.5 dBm در 25.78 گیگابیت بر ثانیه، ارائه حاشیه پیوند حداقل 3.0 دسی بل در OM4 در 100 متر، که باعث تلفات اتصال و پیری می شود.
• راندمان برق:مصرف معمولی زیر 1.5 وات، امکان پیکربندی پورت متراکم را بدون بیش از بودجه حرارتی فراهم می کند.
• مانیتورینگ تشخیصی دیجیتال یکپارچه (DDM):گزارش بلادرنگ توان Tx، توان Rx، دما، ولتاژ و جریان بایاس از طریق رابط استاندارد I²C، که امکان تشخیص پیشگیرانه خطا را فراهم می کند.
• محدوده دمای عملیاتی گسترده:دمای بدنه 0 تا 70 درجه سانتیگراد، تضمین عملکرد قابل اعتماد در محیط های رک با چگالی بالا با گرمای محیطی بالا.

این ویژگی ها به طور جامع در مستند شده استبرگه داده MMA2P00-ASکه شامل ماسک‌های نمودار چشم، منحنی‌های تحمل لرزش، و نقشه‌های مکانیکی برای ادغام در ابزارهای چیدمان کابینت است. دیتاشیت همچنین جداول بودجه پیوند مفصلی را ارائه می دهد که در مرحله برنامه ریزی معماری به آنها ارجاع داده می شود تا تأیید کند که مجموع تلفات درج هر پیوند (شامل تضعیف فیبر، تلفات اتصال و تلفات اتصال) در بودجه نوری ماژول باقی می ماند.

4. توصیه های استقرار و مقیاس بندی (با توضیحات توپولوژی معمولی)

برای استقرار اولیه، ما یک رویکرد منطقه‌بندی ساختاریافته را توصیه می‌کنیم که ردیف‌های فاصله را با انواع کابل‌کشی استاندارد ترسیم می‌کند و حاشیه پیوند ثابت را در همه اتصالات تضمین می‌کند. توپولوژی معمولی زیر برای یک سوئیچ برگ 48 پورت استفاده می شود که به 48 سرور در شش کابینت (8 سرور در هر کابینت) با فواصل بین کابینت بین 5 تا 25 متر خدمت می کند:

• منطقه A (داخل قفسه، 2 تا 5 متر):پچ کوردهای OM4 را مستقیماً از سوئیچ برگ (در همان کابینت) به سرورها وصل کنید. حاشیه پیوند بیش از 6 دسی بل است و عملکرد قوی را حتی با تخریب متوسط ​​کانکتور تضمین می کند.
• منطقه B (کابینت های مجاور، 8 تا 15 متر):کابل کشی ساختاریافته از طریق سینی های فیبر بالای سر با پچ پانل های میانی. تعداد کل کانکتورها: 2 جفت جفت شده در هر پیوند. حاشیه پیوند: 4-5 دسی بل، به خوبی در حداقل 3.0 دسی بل ماژول.
• منطقه C (راهروی متقابل / بین ردیف، 20 تا 50 متر):تنه های OM4 از پیش پایانه شده با اتصالات صیقل داده شده در کارخانه، که در زیر طبقات مرتفع قرار گرفته اند. حاشیه پیوند: 3.0 تا 4.0 دسی بل، حتی با 0.5 دسی بل پیری در طول 5 سال هنوز راحت است.
• منطقه D (پردیس بین ساختمانی، 70 تا 100 متر):فقط برای اتصالات پردیس کوتاه که زیرساخت OM4 وجود دارد استفاده می شود. حاشیه پیوند در 100 متر تقریباً 3.0 دسی بل است که به تمیز کردن دقیق کانکتور و انطباق با شعاع خمشی نیاز دارد همانطور که درمشخصات MMA2P00-AS.

مقیاس گذاری فراتر از یک غلاف منفرد از اصول منطقه بندی یکسانی پیروی می کند، با افزودن سوئیچ های تجمع متوسط ​​که پیوندهای دسترسی 25G را از چندین غلاف خاتمه می دهند. از آنجا کهمحلول گیرنده نوری MMA2P00-AS 25G SFP28از یک SKU استفاده می کند، توسعه نیازی به پیش بینی انواع فرستنده گیرنده در هر فاصله ندارد - همه پیوندها به طور یکسان ارائه می شوند. این امر لجستیک را ساده می کند و به تیم عملیات اجازه می دهد تا ذخیره بافر کوچکی از فرستنده گیرنده های یدکی (معمولاً 5٪ از واحدهای مستقر) را برای جایگزینی سریع در طول رویدادهای تعمیر و نگهداری نگهداری کند.

برای برنامه ریزی فاصله، جدول زیر دستورالعمل هایی را برای حداکثر دسترسی بر اساس نوع فیبر و بودجه پیوند ارائه می دهد:

هنگام استقرار در فواصل نزدیک به حداکثر دسترسی، توصیه می کنیم اندازه گیری توان نوری را در حین راه اندازی با استفاده از منبع نور و قدرت سنج انجام دهید و تلفات اندازه گیری شده را با بودجه محاسبه شده ازبرگه داده MMA2P00-AS. این مرحله اعتبار سنجی تضمین می کند که هر گونه نقص کابل کشی یا آلودگی قبل از تولید لینک شناسایی می شود.

5. عملیات و نگهداری: نظارت، عیب یابی و بهینه سازی

چرخه عمر عملیاتی زیرساخت نوری مبتنی بر MMA2P00-AS نیاز به یک رویکرد سیستماتیک برای نظارت و مدیریت خطا دارد که از قابلیت‌های DDM ماژول استفاده می‌کند. توصیه می کنیم رابط مدیریت I²C را با استفاده از استاندارد SFF-8472 MIB یا پسوندهای خاص فروشنده در سیستم مدیریت شبکه مرکزی (NMS) ادغام کنید. آستانه های کلیدی برای پیکربندی برای هشدارهای فعال عبارتند از:

• کاهش توان Tx:اگر توان خروجی بیش از 2.0 دسی بل از مقدار اسمی کاهش یابد، هشدار دهید که نشان دهنده پیری احتمالی لیزر یا آلودگی کانکتور در سمت فرستنده است.
• حاشیه توان Rx:هشدار در صورت نزدیک شدن به -8.0 dBm برق دریافتی (با حساسیت dBm 8.5-)، که نشان دهنده از بین رفتن بیش از حد لینک یا آسیب کابل است.
• گشت های دما:در صورتی که دمای کیس از 65 درجه سانتیگراد بیشتر شود، هشدار دهید، که حاکی از انسداد جریان هوا، خرابی فن یا افزایش دمای محیط است.
• رانش جریان بایاس:نظارت بر تغییرات جریان بایاس لیزر در طول زمان؛ افزایش مداوم بیش از 30 درصد اسمی می تواند نشان دهنده تخریب لیزر باشد.

در صورت تخریب یا خرابی لینک، یک پروتکل عیب یابی ساختاریافته باید دنبال شود:

1. بررسی خوانش های DDM برای رد ناهنجاری های قدرت نوری. مقادیر Tx و Rx را با محدوده های مورد انتظار از مقدار مقایسه کنیدمشخصات MMA2P00-AS.
2. اتصالات QSFP/SFP28 را در دو انتها با استفاده از میکروسکوپ انتهایی بررسی کنید. اگر آلودگی طبق استانداردهای IEC 61300-3-35 تشخیص داده شود، تمیز شود.
3. پیوند را با یک فرستنده گیرنده معروف MMA2P00-AS تست کنید تا مطمئن شوید که خطا در ماژول است یا کارخانه فیبر.
4. اگر مشکل همچنان ادامه داشت، یک تست بازتاب سنج دامنه زمانی نوری (OTDR) را انجام دهید تا هرگونه شکستگی فیبر، خمیدگی بیش از حد، یا خرابی اتصال را پیدا کنید.

فرصت‌های بهینه‌سازی شامل ممیزی‌های دوره‌ای مدیریت کابل برای اطمینان از انطباق با حداقل شعاع خمشی و تأیید اینکه بسته‌های کابل فشرده یا تحت کشش بیش از حد نیستند، می‌شود. علاوه بر این، به دلیلقیمت MMA2P00-ASقابل رقابت با سایر ماژول های 25G SR واجد شرایط است، توصیه می کنیم ذخیره کمی از فرستنده گیرنده های یدکی (تقریباً 5٪ از کل واحدهای مستقر شده) را برای جایگزینی سریع و به حداقل رساندن MTTR حفظ کنید. برای استقرار در مقیاس بزرگ، پیاده‌سازی داشبوردهای سلامت نوری خودکار را در نظر بگیرید که داده‌های DDM را در همه پیوندها جمع‌آوری می‌کند و برنامه‌ریزی ظرفیت و نگهداری پیش‌بینی‌کننده را ممکن می‌سازد.

6. خلاصه و ارزشیابی

راNVIDIA Mellanox MMA2P00-ASراه حل فنی مبتنی بر یک روش عملی و معتبر میدانی برای متعادل کردن پهنای باند و فاصله در شبکه های دسترسی به مرکز داده 25G ارائه می دهد. با استانداردسازی بر روی یک فرستنده گیرنده SFP28 SR منطبق با IEEE - فرستندهگیرنده نوری MMA2P00-AS 25G SFP28- معماری پیچیدگی مدیریت SKU های متعدد برای سطوح مختلف فاصله را حذف می کند، موجودی قطعات یدکی را کاهش می دهد و برنامه ریزی استقرار را ساده می کند. فناوری 850 نانومتری VCSEL این ماژول، همراه با یک گیرنده پین ​​با حساسیت بالا، عملکرد قابل اعتمادی را در OM3 و OM4 MMF تا 100 متر ارائه می‌کند و اکثریت قریب به اتفاق پیوندهای درون مرکز داده و محوطه دانشگاه را پوشش می‌دهد.

معیارهای ارزش کلیدی از استقرارهای قابل مقایسه عبارتند از:

• کاهش موجودی:یک SKU فرستنده گیرنده منفرد جایگزین دو یا سه شماره قطعه خاص مسافتی می‌شود و هزینه تدارکات را 40 تا 50 درصد کاهش می‌دهد.
• راندمان برق:با کمتر از 1.5 وات در هر ماژول، MMA2P00-AS به کاهش هزینه های خنک کننده و بهبود PUE کمک می کند.
• قابلیت اطمینان عملیاتی:نظارت پیشگیرانه با قابلیت DDM MTTR را تا 60 درصد برای خطاهای لایه نوری کاهش می دهد.
• بهینه سازی هزینه:راقیمت MMA2P00-ASقابل رقابت با سایر ماژول های 25G SR واجد شرایط است، در حالی که سازگاری گسترده آن هزینه های اضافی صلاحیت را حذف می کند.

برای معماران شبکه و سرنخ‌های مهندسی، MMA2P00-AS یک رابط نوری «مناسب و فراموش‌کنید» ارائه می‌کند که عملکرد ثابتی را در تغییرات دما و تنش‌های مکانیکی حفظ می‌کند. این راه حل به ویژه برای مراکز داده سبز فیلد که شبکه های دسترسی استاندارد شده 25G را برنامه ریزی می کنند، و همچنین محیط های برون فیلد که از 10G به 25G ارتقا می یابند در حالی که از زیرساخت فیبر چند حالته موجود استفاده مجدد می کنند، توصیه می شود. همانطور که اترنت 25G همچنان در AI، HPC و محیط‌های ذخیره‌سازی سازمانی مورد توجه قرار می‌گیرد، معماری کابل‌کشی مبتنی بر MMA2P00-AS پایه‌ای قوی و مقیاس‌پذیر را فراهم می‌کند که هم با محدودیت‌های عملیاتی فعلی و هم با نقشه‌های راه ظرفیت بلندمدت هماهنگ است.

برای دستورالعمل‌های ادغام دقیق، داده‌های شبیه‌سازی حرارتی، و بسته‌های گواهی انطباق، لطفاً به مستندات رسمی محصول مراجعه کنید.