La inteligencia artificial (IA) está impulsando el desarrollo de transceivers para fibra, e incluye la tecnología Base 8 y Base 16. Lo que esto significa para los cambios en la arquitectura de los centros de datos es que la fibra llega directamente al servidor, debido a la creciente necesidad de 50G y superior. Un caso de uso común de la IA es el de los transceivers dobles de 400G (800G 2XSR4) en el servidor conectados a un único transceiver de 16 fibras de 800G en el switch leaf (800G VR8).
La interconexión y la propuesta de valor de los breakouts para aplicaciones empresariales no se suelen discutir. Los clientes se preguntan más bien cómo dividir un transceiver óptico paralelo en varios canales en serie. Sin embargo, ambos son clave para la adopción de la tecnología.
La Tabla 1 ilustra la hoja de ruta del IEEE para 400G, 800G hasta 1,6T, que es fundamental para el debate en torno a las soluciones de 8 y 16 fibras, ya que estas son las aplicaciones principales para los cloud, enterprise y AI data centers.
Hay tres tipos principales de transceivers que vemos que los clientes utilizan en los centros de datos, el MPO de 16 fibras, el MPO de 8/12 fibras y el MPO dual de 8/12 fibras, que proporcionan los breakouts en los canales para aplicaciones de switch a servidor. En primer lugar, en el caso del 400G SR8, debemos señalar que existen versiones de 800G en el mercado, con un alcance de 30m, por lo que no cumplen con el alcance estándar (el transceiver VR8 está especificado por el estándar IEEE para 50m). El 400G SR8 está pensado para aplicaciones de switch a servidor, normalmente cuando un switch de 400G necesita dividirse en canales de 50G, que se conectan directamente a las tarjetas de red del servidor. En este caso, no se requiere el alcance completo de soluciones basadas en estándares como VR8 (50 m) y SR8 (100 m), ya que una aplicación típica de switch a servidor solo requiere 15-30 m.
Ahora nos estamos alejando del cobre más allá de los 50G y para los 100G u 800G SR8 existe el transceiver 8/12f 400G SR4.2, que se basa en un MPO de 8 fibras, cuatro canales de transmisión (Tx) de 50G y cuatro canales de recepción (Rx) de 50G, conocida como solución BiDi.
La solución DR4 está pensada principalmente para la hiperescala utilizando interconexión leaf/spine y soluciones switch-to-switch. Muchos Hyperscalers están implementando 800G DR4, sin embargo, hoy en día algunos están seleccionando soluciones DR8 por su capacidad de llegar a admitir dos transceptores DR4 de 400G.
Los fabricantes de transceivers también han respondido a los requisitos de los data centers utilizando la tecnología disponible y han desarrollado el MPO dual de 8 fibras (2XDR4).
Se trata básicamente de dos transceivers DR4 girados 90 grados y encerrados en un formato de transceiver único (normalmente OSFP). Obviamente, se trata de una solución de menor riesgo, ya que duplica la capacidad de los canales en un formato reconocido (menor ratio de canales) y con una huella de conector similar. También ofrece un menor consumo de energía para el mismo número de canales y ahorra espacio en el rack.
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Configuraciones de switch a switch y de switch a servidor
El diagrama 1 ilustra la simplicidad del cableado de fibra para aplicaciones de switch a switch. Los clientes pueden utilizar cableado estructurado y troncal DR4 de 8 fibras en el panel izquierdo y en el casete MPO de 6 u 8 puertos, que luego se conecta con un fiber trunk monomodo MPO a un casete MPO cuatro a uno (4:1), es decir, de 4xLC dúplex a 1xMPO de 8 fibras.
En ese punto, la solución se divide en cuatro canales DR1 para la distribución de switches a 100G. Esto permite al cliente minimizar el espacio ocupado al menos en un lado de la solución e ir punto a punto con transceiveres de 100G.
El diagrama 2 ilustra una aplicación de switch a servidor utilizando transceiveres SR8 de 400G sobre fibra multimodo, soportando 50G SR1 en los servidores.
Hoy en día, este plan de cableado admitirá 50G en el servidor con tarjetas NIC basadas en LC (y, en última instancia, 100G SR1 y posiblemente 200G SR1 sin cambios en la infraestructura de cableado).
En este escenario, el cliente admite ocho tarjetas de interfaz de red (NIC) de 50G u ocho de 100G en el servidor. Esto se consigue añadiendo un transceiver 400G SR8 o un transceiver 800G SR8, la versión de corto alcance se conecta al casete MPO de 6 u 8 puertos y el conjunto de enlace troncal de fibra Base 16 se conecta a la parte posterior del módulo. Esta solución ofrece una mayor versatilidad, ya que puede colocarse en la parte superior de los armarios de los servidores y distribuye puentes LC directamente a la tarjeta de red de los servidores de destino.
Dos cambios en el mercado que cambian las reglas del juego
Un factor clave en la adopción de la fibra es la reducción de la métrica de precios comparativos de los transceivers de fibra monomodo frente a lo que a veces era un coste tres veces superior a las soluciones de transceivers multimodo intercambiables. Por lo tanto, las soluciones de escalado que utilizan fibra monomodo ya no tienen el coste restrictivo que tenían, especialmente cuando la necesidad de mayor velocidad y mayor cantidad de datos es esencial, como en el caso de las aplicaciones de IA y las conexiones de switch a switch en el cloud. Hoy en día, muchos clientes se sienten atraídos por las características que ofrece la solución monomodo (mayor alcance y mayor velocidad de canal) y, sin embargo, para un número cada vez mayor, las soluciones multimodo de 400G de mayor alcance están perdiendo terreno frente a las alternativas monomodo, normalmente para la interconexión de fibra leaf-to-spine.
También se está produciendo un cambio arquitectónico del cobre a la fibra a la hora de conectar los servidores. Esto se debe en parte a la menor capacidad (menor alcance) y flexibilidad del cobre (diámetro de cable mucho mayor), junto con el paso a velocidades más altas (más de 50 G), que ha impulsado la fibra hasta la NIC del servidor.
Además, un salto en la tecnología de los switches ofrece la capacidad de reducir masivamente el número de switches necesarios en un armario. El diagrama 3 ilustra 16 armarios de 32 servidores. El ejemplo superior «actual» muestra cada armario con una topología ToR (parte superior del rack). El segundo ejemplo muestra cuatro switches MoR (mitad de la fila), que son soportados por un switch independiente, y proporcionan capacidades de conexión idénticas a los mismos 512 servidores.
A medida que todo el equipo activo se consolida en menos switches tipo chasis, que son de alta densidad debido a los transceivers ópticos paralelos que proporcionan capacidad de breakout e interconexión pasiva de fibra hasta los armarios de servidores. Esto aleja la topología de ToR a MoR con una conexión de cuatro (SR4) u ocho (SR8) canales. Esta disposición también ofrece la posibilidad de instalar armarios «Rack and Roll», lo que aumenta las oportunidades y la flexibilidad del cliente.
Tecnología mejorada y costes reducidos
Las mejoras que se están realizando en la conectividad y la interconexión también están generando importantes ahorros en los costes de infraestructura. Estos ejemplos demuestran que hay ahorros en la implementación y oportunidades para habilitar el «Rack and Roll». La energía, un coste operativo clave, también se reduce por el número de puertos de switch y el número de switches mediante la consolidación de canales en un único transceiver óptico.
Al consolidar los canales en un solo transceiver, por ejemplo, un transceiver óptico paralelo, un SR4 consume mucha menos energía que cuatro transceivers SR1. Además, un switch nativo de 100 G, frente a un switch de 400 G, consumiría mucha menos energía si es SR4, y proporcionalmente aún menos si es SR8. Si este enfoque se aplica a los 16 escenarios de armarios mostrados en el Diagrama 3, ofrecerá un ahorro de energía del 60% en la electrónica de red, lo que proporcionará un valor real en OpEx y en CapEx, y por lo tanto menos switches físicos.
A medida que todo el equipo activo se consolida en menos switches tipo chasis, que son de alta densidad debido a los transceivers ópticos paralelos que proporcionan capacidad de breakout e interconexión pasiva de fibra hasta los armarios de servidores. Esto aleja la topología de ToR a MoR con una conexión de cuatro (SR4) u ocho (SR8) canales. Esta disposición también ofrece la posibilidad de instalar armarios «Rack and Roll», lo que aumenta las oportunidades y la flexibilidad del cliente.
