NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS оптический приемопередатчик для центра обработки данных на практике

Оптический трансивер NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS для центров обработки данных на практике | Балансировка пропускной способности и расстояния между стойками и соединениями между кампусами

Предыстория и проблема: компромисс между полосой пропускания и расстоянием в современных центрах обработки данных

По мере того как архитектуры центров обработки данных развиваются в сторону доступа к серверам 25G и магистральных восходящих каналов 100G/400G, сетевые архитекторы сталкиваются с постоянной дилеммой физического уровня: как обеспечить достаточную пропускную способность на различных расстояниях без увеличения числа типов приемопередатчиков или нарушения целостности сигнала. Эта проблема особенно остра в двух распространенных сценариях: соединениях между стойками в пределах одного ряда (обычно 5–15 метров) и соединениях между зданиями или кампусами протяженностью 50–100 метров. Хотя оптические трансиверы 25G SFP28 обеспечивают необходимую скорость передачи данных, не все модули одинаковы, когда речь идет о бюджете канала, энергоэффективности и совместимости с установленной многомодовой оптоволоконной инфраструктурой.

В типичном действующем центре обработки данных многие операторы продолжают использовать трансиверы 10G SR поверх существующих кабелей OM3/OM4, но переход на 25G приводит к более жестким оптическим допускам.NVIDIA Мелланокс MMA2P00-ASбыл разработан именно для решения этого перехода: оптический приемопередатчик 25G SFP28, который обеспечивает надежную работу VCSEL 850 нм по многомодовому оптоволокну, сохраняя при этом обратную совместимость с существующими каркасами SFP+ и оптоволоконными установками. Тем не менее, выбор правильного трансивера для каждого уровня расстояния и избежание перерасхода средств на модули дальнего радиуса действия для каналов ближнего радиуса действия остается критическим проектным решением, которое напрямую влияет как на капитальные затраты, так и на эксплуатационную надежность.

Решение и развертывание: многоуровневый подход к оптической связи 25G

Чтобы обеспечить баланс между пропускной способностью и расстоянием, ведущий поставщик облачных услуг недавно стандартизировал свою сеть доступа 25G, используя многоуровневую оптическую стратегию. Для соединений внутри стойки и соседних стоек (до 30 метров) команда развернулаNVIDIA Мелланокс MMA2P00-ASтрансиверы в паре с OM4 MMF. ЭтотMMA2P00-AS 25GBASE-SR ММФ 850 нмКонфигурация обеспечивает радиус действия 100 метров на OM4 и 70 метров на OM3 — достаточный запас для большинства развертываний на уровне строк, обеспечивая при этом стандартную скорость передачи данных 25,78 Гбит/с с типичным энергопотреблением ниже 1,5 Вт на порт.

Для межстоечных линий длиной 30–70 метров то же самоеММА2П00-АСтрансиверы были развернуты, поскольку оптическая выходная мощность модуля (обычно от -4 до +4 дБм) и чувствительность приемника (типично -8,5 дБм) обеспечивают запас по линии связи не менее 3,0 дБ на OM4 на расстоянии 70 метров. Этот запас учитывает потери в разъемах, потери на сращивании и эффекты старения, обеспечивая долгосрочную надежность без необходимости использования трансиверов с расширенным радиусом действия премиум-класса. Решение использовать один артикул трансивера как на коротких, так и на средних расстояниях упростило управление запасами, посколькуММА2П00-АСявляетсяСовместимость с MMA2P00-ASсо всеми коммутаторами NVIDIA Spectrum и адаптерами ConnectX, а также со сторонними хостами SFP28, поддерживающими 25GBASE-SR.

Развертывание включало три отдельные кабельные зоны:

• Зона А (внутристойки):Переключение ToR на сервер — 2–5 метров с использованием патч-кордов OM4 с MMA2P00-AS на обоих концах.
• Зона B (соседние стойки):Листовой коммутатор в стойке 1 к серверу в стойке 3 — 15–25 метров с использованием структурированного кабеля OM4, снова терминированного приемопередатчиками MMA2P00-AS.
• Зона С (Межрядная/межшкафная):Листовой коммутатор на кластер хранения данных расположен в отдельном проходе — 45–60 метров через предварительно терминированные магистрали OM4, при этом все еще в пределах досягаемости 70-метрового OM3 / 100-метрового OM4 для MMA2P00-AS.

Эта единая стратегия приемопередатчика была задокументирована во внутреннем руководстве по проектированию со ссылкой наТехническое описание MMA2P00-AS, в котором предоставлены расчеты бюджета линии и рекомендации по радиусу изгиба, необходимые для обеспечения стабильного качества установки. Команда также воспользовалась возможностями цифрового диагностического мониторинга (DDM) модуля, позволяющими в режиме реального времени проверять запасы оптической мощности во время ввода в эксплуатацию.

Результаты и преимущества: измеримое снижение затрат, простота и надежность

Анализ 1200 взаимосвязанных портов после развертывания выявил несколько измеримых преимуществ. Во-первых, путем стандартизацииРешение для оптического приемопередатчика MMA2P00-AS 25G SFP28, организация устранила необходимость в отдельных артикулах приемопередатчиков малой и средней дальности действия, сократив запасы запасных частей на 40 % и упростив процессы заказа.Цена ММА2П00-АС, при сравнении с сопоставимыми модулями увеличенной дальности действия, обеспечил экономию средств на 35 % на одно соединение на расстояниях менее 70 метров, поскольку за ненужные возможности не взималась надбавка.

Во-вторых, количество эксплуатационных отказов в течение первых шести месяцев было значительно ниже, чем при предыдущих развертываниях 10G, во многом благодаря оптимизированной на заводе оптической юстировке и строгому контролю качества MMA2P00-AS. Из 1200 единиц потребовалось заменить только три трансивера (коэффициент отказов составил 0,25%), и все отказы были связаны с загрязнением разъемов, а не с дефектами модуля, что подчеркивает важность правильных процедур очистки, рекомендованных вТехнические характеристики ММА2П00-АС.

В-третьих, энергоэффективностьNVIDIA Мелланокс MMA2P00-AS— потребление менее 1,5 Вт на модуль — способствовало заметной экономии на охлаждении. Во всем развернутом парке 1200 трансиверов потребляли в общей сложности около 1,8 кВт по сравнению с оценочными 2,4 кВт, если бы были выбраны альтернативные модули с более высоким энергопотреблением. Такое снижение энергопотребления на 25 % в сочетании со снижением сложности инвентаризации напрямую улучшило показатель эффективности использования энергии (PUE) объекта примерно на 0,02 балла.

С инженерной точки зрения интерфейс DDM оказался неоценимым при устранении неполадок. В одном случае постепенное снижение получаемой оптической мощности было обнаружено с помощью упреждающего мониторинга, что позволило оперативной группе запланировать очистку разъема во время периода технического обслуживания, а не реагировать на неожиданное обрыв соединения. Такой превентивный подход сократил среднее время ремонта (MTTR) примерно на 60 % в случае инцидентов на оптическом уровне.

Резюме и перспективы: проект сбалансированной оптической архитектуры 25G

Опыт развертывания сNVIDIA Мелланокс MMA2P00-ASв нескольких кабельных зонах наглядно демонстрирует, что один хорошо выбранный оптический трансивер 25G SFP28 может эффективно решить проблему компромисса между полосой пропускания и расстоянием в современных центрах обработки данных — при условии, что его характеристики тщательно согласованы с установленной оптоволоконной системой и требованиями к расстоянию. Используя 100-метровую дальность действияMMA2P00-AS 25GBASE-SR ММФ 850 нмприемопередатчика, архитекторы могут избежать затрат и сложности, связанных с использованием нескольких оптических SKU, сохраняя при этом целостность сигнала и простоту эксплуатации во внутристоечных, межстоечных и даже междурядных соединениях.

Заглядывая в будущее, поскольку 25G Ethernet продолжает набирать обороты в обучающих кластерах искусственного интеллекта, периферийных вычислительных средах и транспортных сетях 5G, спрос на надежные и экономичные оптические трансиверы будет только расти. MMA2P00-AS имеет хорошие возможности для этой траектории, поскольку его совместимость как с существующей инфраструктурой OM3, так и с оптоволокном OM5 следующего поколения (широкополосное многомодовое) обеспечивает дальновидную гибкость. Для организаций, планирующих аналогичный переход с 10G на 25G, многоуровневый подход, проверенный в этом развертывании, предлагает практическую дорожную карту: стандартизировать MMA2P00-AS для всех каналов с малой и средней дальностью действия, зарезервировать модули с расширенным радиусом действия (такие как варианты LR или BiDi) только для каналов, длина которых превышает 100 метров, и поддерживать единую структуру мониторинга, которая использует данные DDM для упреждающего управления оптическим состоянием.

Подробные шаблоны бюджета канала, контрольные списки установки и протоколы очистки см.Техническое описание MMA2P00-ASи примечания по оптическому применению NVIDIA Mellanox.