Cisco optika parandab võrgu töökindlust

 

Cisco optika suurendab võrgu töökindlust rangete testimisprotokollide, ränifotoonikatehnoloogia ja kohapeal{0}}tõestatud rikete määraga alla 100 miljondikosa. Need optilised transiiverid läbivad stressitesti temperatuuri, pinge ja signaali kõikumiste osas, mida standardne vastavustest ei kata, pakkudes tehisintellekti infrastruktuuri ja ettevõtete võrkude jaoks üliolulist töökindlust.

 

 

Optiliste komponentide rikete varjatud kulud

 

Võrgu seisakutel on vapustavad rahalised tagajärjed. Rohkem kui 90% keskmise suurusega-suurettevõtetest teatab, et seisakukulud ületavad 300 000 dollarit tunnis, kusjuures 33% kannatab kahjumiga 1–5 miljonit dollarit tunnis. AI töökoormuste puhul mõju mitmekordistub. Meta analüüs leidis, et üks aeglane GPU-link või ebaõnnestunud võrguühendus võib vähendada klastri jõudlust 40%, jättes kallid GPU-d jõude, samal ajal kui treeningtööd taaskäivituvad kontrollpunktidest.

Optiline transiiver asub kriitilisel ristmikul. Need sigaretisüütaja-suuruses{2}}komponendid muudavad elektrilised signaalid optiliseks ja tagasi, võimaldades kiiret-edastust kiudkaablite kaudu. Kui need ebaõnnestuvad, peatub kõik. Võrgurikked on planeerimata katkestuste peamine põhjus, moodustades vaadeldavuse andmetel 35% viimase kahe aasta vahejuhtumitest.

Traditsioonilised lähenemisviisid keskenduvad tööstusstandarditele-IEEE spetsifikatsioonidele, MSA vastavusele ja vormiteguri nõuetele. Cisco avastas, et sellest ei piisa. Usaldusväärsuse testimisel, mille käigus hangiti erinevatelt tarnijatelt 20 erinevat optilist moodulit, mis kõik vastasid tehniliselt 100G ja 400G standarditele, ei läbinud ükski Cisco stressikeskkonda. Moodulid töötasid ideaalsetes tingimustes, kuid ebaõnnestusid temperatuurikõikumiste, pingekõikumiste või signaalide kõikumiste korral, mida tegelik juurutamine kohtab.

See lõhe vastavuse ja usaldusväärsuse vahel muutub tehisintellekti infrastruktuuris kriitiliseks. Erinevalt tavapärastest võrkudest, kus TCP/IP käsitleb veapurskeid uuesti edastamise kaudu, töötavad AI-süsteemid sünkroniseeritud GPU-dega, mis vahetavad paralleelselt teavet. Lingi vead sunnivad kogu töökoormuse peatuma, taaskäivitama kontrollpunkti ja taaskäivitama. Jõudlustrahv ulatub 40%-ni klastri võimsusest.

 

Silicon Photonics Technology vähendab tõrkepunkte

 

Cisco ränifotoonika lähenemisviis integreerib ühele kiibile mitu optilist funktsiooni, muutes põhjalikult töökindluse matemaatikat. Traditsioonilised diskreetsed optilised moodulid koondavad eraldi komponendid-laserid, modulaatorid, multiplekserid, detektorid-, millest igaüks toob esile võimalikud tõrkepunktid. Ränifotoonika koondab need funktsioonid standardsete CMOS-protsesside abil toodetud integraallülitusse.

Töökindluse eelis tuleneb kolmest tegurist. Esiteks tähendab vähem komponente vähem tõrkepunkte. Kaheksat 200G kanalit kasutav diskreetne 1.6T moodul nõuab nelja kallist EML laserit. Ränifotoonika integreerib kõik, nii et neli kanalit jagavad üht ühist lainepikkusega laserit, vähendades arvu kahe odavama{5}}CW laserini. Need konstantse laine{7}}laserid toimivad nagu lambipirnid, paistades ühtlaselt valgust, samal ajal kui ränist fotooniline kiip tegeleb kogu suure-kiirusega modulatsiooniga.

Teiseks, vahvlite{0}}mahus tootmine kasutab küpset ränist CMOS-i tootmist 40 aasta ja 400 miljardi dollari investeeringuga. Väga automatiseeritud protsessid tagavad püsiva kvaliteedi miljonite üksuste jaoks. Tehnoloogia võimaldab käsitsi kokkupandud diskreetsete komponentidega testida ja protsessi korrata{5}}. Tootmise tootlikkus tähendab otseselt töökindlust.

Kolmandaks tagab monoliitne integreerimine komponentide täpse joondamise. Kui kõik optilised elemendid on koos valmistatud samal kiibil, väheneb signaalikadu ja paraneb jõudlus. Pole vaja täpseid paigutusi ega kulukaid joondusi. Lähenemisviis ulatub laborist kuni mahttootmiseni, ilma et see kahjustaks usaldusväärsust.

Cisco tarnib igal aastal mitu miljonit optilist transiiiverit, mille väljatagastussagedus on alla 100 ppm{1}}vähem kui 100 riket miljoni ühiku kohta. See mõõdik kajastab tegelikku-toimivust erinevates kliendikeskkondades, mitte laboritingimustes. Võrguinseneridele, kes säilitavad 99,99% käideldavuse nõuded (maksimaalne aastane seisakuaeg 52 minutit), tagab komponentide töökindlus sellel tasemel kriitilise varu.

 

Põhjalik testimine väljaspool tööstusstandardeid

 

Tööstusstandardid pakuvad vajalikke lähtealuseid, kuid ebapiisavat valideerimist. Cisco rakendab disaini verifitseerimise teste (xDVT) optilistes, elektrilistes, mehaanilistes ja elektromagnetilistes valdkondades, mis ületavad standardnõudeid. Testimismetoodika simuleerib rikkerežiime, mida standardid ei käsitle.

Optilise disaini valideerimise testimine (ODVT) tagab ühenduse õige toimimise, kuna pinge ja temperatuur varieeruvad laiaulatuslikes vahemikes. Testid mõõdavad lainepikkuse täpsust, edastusvõimsust ja signaali terviklikkust ning vastuvõtja tundlikkust aastatepikkuse kasutuselevõtu tingimustes. Temperatuuritsükli -korduv süsteemide sisse- ja väljalülitamine-kiirendab vananemist, et tuvastada aja jooksul ilmnevad rikkerežiimid.

Electrical Design Validation Testing (EDVT) käsitleb signaali terviklikkust{0}}kiiretel andmeteedel, loogilise liidese järjepidevust ja tarkvara ühilduvust. Transiiverid suhtlevad hostplatvormidega nii kiirete-optiliste ühenduste kui ka väikese-kiirusega haldusliideste kaudu. EEPROM-i sätete sobimatus või püsivara käepigistused põhjustavad talitlushäireid, mis vastavustestimisel puuduvad.

Mehaanilise disaini valideerimise testimine (MDVT) allutab moodulid vibratsioonile ja löökidele Z-telje raputustabelitel. Andmekeskused kogevad füüsilist pinget paigaldamise, tarnimise ja seismiliste sündmuste ajal. Mehaanilised rikked-katkised jooteühendused, paigalseismata komponendid, pistiku kahjustused-on levinud probleemid, mida standardtestimisel eiratakse.

Elektromagnetilise ühilduvuse (EMC/EMI) testimine tagab, et transiiver töötab naaberseadmeid segamata, säilitades samal ajal kaitse välise kiirguse eest. Suured andmeedastuskiirused tekitavad elektromagnetilisi häireid. Ilma korraliku varjestuseta tekivad pakettakad. FCC 15. osa piirangud määravad vastuvõetavad tasemed ja Cisco testimine tagab vastavuse varu varule.

Laiahaardeline lähenemisviis kinnitab koostalitlusvõimet nii Cisco kui ka kolmandate osapoolte{0}}platvormide vahel. Standardipõhised-spetsifikatsioonid ei taga hosti-transiiveri- ega transiiveri-to-ühilduvust. Cisco läbib täieliku kvalifikatsiooni, kasutades erinevaid hostisüsteeme, avastades kokkusobimatused enne juurutamist. See mitme tarnija valideerimine kiirendab klientide integreerimist ja vähendab põllutõrkeid.

 

AI-võrgud nõuavad kõrgemaid töökindlusstandardeid

 

AI infrastruktuur muudab usaldusväärsuse võrrandit. GPU temperatuur AI-riiulites ulatub 85 kraadini ja süsteemid toodavad 50–100 kW võimsust riiuli kohta. Sadamapoolse väljalaskekonfiguratsiooni transiiverid kogevad kõrgemaid temperatuure kui sadamapoolsetes sisselaskekohtades. Töötemperatuur mõjutab otseselt rikete määra ja ebaühtlane jahutusõhuvool põhjustab ettearvamatuid tõrkeid.

Kõrge kasutamine paljastab nõrkused. Traditsioonilised võrgud töötavad muutuva koormuse{1}}tippude ja tegevusaladega. AI-treening hoiab pidevalt kõrget kasutust, koormates komponente ilma hingetõmbeta. Parem lingi marginaal vähendab parandatavate vigade arvu ja hoiab ära parandamatud vead, mis põhjustavad tööde krahhi. Soojusjuhtimine muutub kriitiliseks, kuna pikaajaline kõrge temperatuur kiirendab komponentide vananemist.

Rahalised tagajärjed eelistavad esmaklassilist optikat. Tüüpilises AI arvutussõlmes moodustavad optilised transiiverid 3-5% kogukuludest. Suurem osa läheb GPU-dele, suure ribalaiusega mälule ja jahutussüsteemidele. Üks kaheksa GPU-ga AI-server maksab üle 500 000 dollari ja üksikud GPU-d maksavad rohkem kui 30 000 dollarit. Iga minut seisakut raiskab tuhandeid GPU jõudeaega.

Madala kvaliteediga{0}}optika võib algselt maksta vähem, kuid tekitada suuremad koguomandikulud. Sagedased asendamised, tõrkeotsing ja hooldus suurendavad komponentide hindadest suuremaid kulusid. Optilistest riketest tingitud graafikaprotsessori seisak tekitab rahalist kahju, mis jääb odavamate transiiverite säästu alla. Usaldusväärse optika eest makstav lisatasu esindab taristu ulatust arvestades nutikat investeeringut.

Cisco pakub integreeritud lahendusi, mida on testitud kõigis virna{0}}võrguseadmetes, arvutussüsteemides, salvestusruumis ja kõike ühendavas optikas. See otsast-otseni-valideerimine tagab ühilduvuse ja töökindluse mitme tootja AI keskkondades, kus serverid, võrgukaardid, lülitid ja transiiverid on pärit erinevatelt tootjatelt. Vähesed müüjad pakuvad seda kõikehõlmavat testimisvõimalust.

 

 

Suunatud optiline võrk lihtsustab arhitektuuri

 

Traditsioonilised suurlinna- ja laiaulatuslikud optilised võrgud nõuavad spetsiaalseid DWDM-süsteeme{0}}kalleid seadmeid, mis nõuavad erioskusi. Routed Optical Networking kasutab keerulist ühendatavat koherentset optikat, mis integreeritakse otse IP-ruuteritesse, kõrvaldades eraldi optilised kihid.

Arhitektuurne lihtsustamine annab mõõdetavat kasu. Sõltumatu analüüs näitab teatud tüüpi võrgutüüpide kapitalikulude vähenemist 35%, kusjuures tegevuskulude kokkuhoid ületab mõnel juhul 50%. Tehnoloogia automatiseerib funktsioonid, mis varem nõudsid inimese optilist inseneritööd, võimaldades meeskondadel säilitada oma valdkonna asjatundlikkust, selle asemel, et IP- ja optikaspetsialiste{4}}üle koolitada.

Ühtlane ühendatav optika on arenenud kiiremini kui tööstusharu prognoosid. Kui 2020. aasta paiku 400ZR-i standardiga marsruuteeritud optiline võrgundus turule tuli, eeldasid vähesed, et 400ZR+ optika ulatub üle 1000 km mahajäetud tööstusvõrkude kaudu. Aastaks 2024 toimib QSFP{11}}DD-vormingus 800ZR+ optika veelgi paremini. Ühendatav koherentne optika moodustab 2027. aastaks poole kogu koherentsest turust.

Energia- ja ruumisääst on vaieldamatu. Ruuteri-hostitud koherentne optika kõrvaldab seadmete riiulid, vähendab kaablite keerukust ja vähendab rajatiste kulusid. Üle 200 kliendi on juurutanud marsruudi optilise võrgu, teatades suurenenud võimsusest, väiksemast energiatarbimisest ning väiksemast võrgu keerukusest ja jalajäljest. Bell Canada kasutas tehnoloogiat oma võrgu ümberkujundamisel, et saada riigi parimaks võrguks, vähendades samal ajal oluliselt kulusid.

Lähenemisviis ulatub metroo andmekeskuste vastastikustest ühendustest piirkondlike ja kaugliinide{0}}rakenduste kaudu. 400G koherentsed lainepikkused ühendavad võimendamata punkt--- kuni 45 km kaugusele, samas kui täiustatud versioonid ulatuvad 120 km kaugusele või võimaldavad pikamaa{6}}edastust. Paindlikkus toetab mitut kasutuselevõtu stsenaariumi ilma spetsiaalse optilise transpordiseadmeta.

 

Globaalne tarneahela tugevus on oluline

 

Tarneahela vastupidavus määrab seadmete saadavuse kriitiliste juurutuste ajal. Cisco haldab mitmest allikast koosnevaid optiliste komponentide tarneahelaid, millel on globaalne täitmise infrastruktuur ja sama{1}}päeva asendamise võimalus. Selline mitmekesisus vähendab häirete ohtu, kui üksikud tarnijad seisavad silmitsi piirangutega.

Võrguseadmete tootjana, kes müüb nii võrguvarustust kui ka optikat, mõistab Cisco, kuidas transiiverid terviklikes arhitektuurides toimivad. Ettevõte kvalifitseerib optilisi mooduleid valdkonna suurimas ruuterite, lülitite ja serverite portfellis. Kliendid saavad osta Cisco optikat kasutamiseks konkurentide seadmetes, tagades ühilduvuse ja jõudluse olenemata platvormi valikust.

Tugi laieneb kogu elutsükli jooksul. Tehnilise abi meeskonnad töötavad ööpäevaringselt kõigis ülemaailmsetes teeninduskohtades, vähendades probleemide ilmnemisel võrgu seisakuid. Asendusmoodulid tarnitakse samal-päeval, mis vähendab parandamiseks kuluvat aega. Operatsiooni tugiinfrastruktuur on võrgu tööaja säilitamiseks sama oluline kui toote töökindlus.

Portfelli laius hõlmab rakendusi 1G kuni 800G ülikoolilinnaku, ettevõtte, andmekeskuste ja teenusepakkujate võrkudes. Mitmed vormitegurid-SFP, QSFP28, QSFP-DD, OSFP-toetavad erinevaid porditüüpe ja katvusnõudeid. Ükskõik, kas ühendate riiulites asuvaid servereid, ühendate kilomeetrite kaupa andmekeskusi või ehitate üli-pikamaa-DWDM-võrke, on olemas sobiv optika.

Viimase kümnendi jooksul on optikatehnoloogiasse tehtud investeeringud üle 6 miljardi dollari, sealhulgas Lightwire, Luxtera ja Acacia omandamiste kaudu. Need investeeringud räni, optikasse ja tarkvara võimaldavad kiirendada innovatsiooni. Cisco Acacia osakond ehitab optilisi komponente ja ASIC-e, pakkudes vertikaalset integratsiooni alates kiibi disainist kuni süsteemitarkvara ja halduse kaudu.

 

Jõudluse skaleerimine tulevaste nõudmiste jaoks

 

Võrguliikluse kasv suurendab pidevat ribalaiust. Tagu-andmekeskuse liiklus laieneb 10 korda iga kahe aasta järel ning 800G ja 1,6T kiiruste kasutuselevõtt kiireneb. Tehisintellekti investeeringud lähenevad 2030. aastaks 5,2 triljonile dollarile, tekitades täitmatu nõudluse kiirete-optiliste ühenduste järele.

Cisco Silicon One loob aluse skaleerimiseks. See räni võrguarhitektuur tagab suure jõudluse, madala energiatarbimise ja paindlikkuse marsruutimis- ja kommuteerimisrakendustes. Uusim P200 kiip saavutab 51,2 Tbps läbilaskevõime, käsitledes tohutuid AI-liiklusmahtusid üle 20 miljardi paketi sekundis. Sügava puhvri võimalused haldavad AI töökoormust iseloomustavaid liikluspakette.

Ränifotoonika võimaldab kiiret üleminekut järgmise{0}}põlvkonna kiirustele. Tehnoloogia, mis pakub täna 800 G, ulatub homme 1,6 Tni tänu ränile integreeritud fotoonikale. Marvell demonstreeris 6,4T 3D ränist fotoonikamootoreid, millel on 32 kanalit 200 G juures, integreerides samasse seadmesse sadu komponente, sealhulgas transimpedantsi võimendeid ja draivereid. See modulaarne lähenemine ulatub 1,6 tonnist 6,4 tonnini ja üle selle.

Kaas{0}}pakendatud optika (CPO) esindab järgmist arengut, integreerides fotoonilised integraallülitused otse räniga. See lähenemisviis lubab suuremat töökindlust, vähendades ühenduste vahemaid ja kõrvaldades ühendatavad liidesed. Tootmise tootlikkusega, eriti kiudude kinnitamisega mastaabis, on endiselt probleeme. Tuhanded-pluss optilised ühendused paketi kohta nõuavad väliprobleemide vältimiseks äärmiselt suurt tootlikkust. Tehnoloogia areneb aja jooksul, kuid varajase kasutuselevõtu ajal tuleb olla ettevaatlik.

Lineaarne{0}}draivi ühendatav optika (LPO) pakub alternatiivset teed. Liigutades traditsiooniliselt transiiveris tehtava signaalitöötluse lülitisse ASIC, vähendab LPO energiatarbimist ja kulusid, säilitades samal ajal ühendatavate moodulite asendatavuse. Rikete "plahvatusraadius" jääb piiratuks võrreldes CPO-ga, kus komponentide probleemid mõjutavad terveid kommutaatori alamsüsteeme.

 

Korduma kippuvad küsimused

 

Miks maksab Cisco optika rohkem kui{0}}kolmanda osapoole alternatiivid?

Cisco optika läbib põhjaliku testimise, mis ületab tööstusharu standardeid,{0}}temperatuuri, pinge ja signaali kõikumiste pingetestid, mida üldised moodulid vahele jätavad. Välja tagastamise määrad alla 100 ppm kajastavad seda kinnitust. Tehisintellekti infrastruktuuris, kus optilised tõrked võivad maksta 30 000 dollarit tühikäigul töötava GPU kohta minutis, muutub töökindluse lisatasu seisakukuludega võrreldes tühiseks. MSA nõuetele vastavad kolmanda osapoole moodulid{7}} võivad töötada ideaalsetes tingimustes, kuid ebaõnnestuda tootmiskeskkondades, kus esineb termiline stress või elektrilised kõikumised.

Kas ma saan kasutada Cisco optikat mitte{0}}Cisco seadmetes?

Jah. Cisco kvalifitseerub transiiverid nii Cisco platvormidele kui ka kolmandate osapoolte lülitite ja ruuterite jaoks. Mitme tootja testimine tagab ühilduvuse erinevate seadmete vahel, vähendades integratsiooniriski. Paljud kliendid ostavad Cisco optikat spetsiaalselt konkurentide võrguseadmetes kasutamiseks, et saada töökindluse eeliseid, säilitades samal ajal taristu vahetamise ja marsruutimise taristu valiku.

Kuidas parandab ränifotoonika töökindlust võrreldes diskreetse optikaga?

Ränifotoonika integreerib ühele kiibile mitu optilist funktsiooni-moduleerimine, multipleksimine, tuvastamine-, vähendades komponentide arvu ja tõrkepunkte. Vahvli-skaala CMOS-i tootmine tagab käsitsi-monteeritud diskreetsete moodulite puhul võimatu järjepidevuse. Monoliitne integratsioon tagab komponentide täpse joondamise, vähendades signaali kadu. See lähenemisviis kasutab 40 aastat räni tootmise investeeringuid tootmise küpsuse saavutamiseks, mis tähendab otseselt töökindlust.

Mis muudab AI-võrgud optiliste komponentide jaoks nõudlikumaks?

Tehisintellekti töökoormused hoiavad pigem pidevat kõrget kasutust kui muutuvaid koormusmustreid, koormates komponente ilma hingetõmbeta. GPU temperatuur ulatub 85 kraadini, kiirendades optiliste komponentide vananemist. Treeningtöödel kasutatakse sünkroniseeritud GPU-sid, kus ühe lingi vead sunnivad terveid klastreid peatuma ja kontrollpunktidest taaskäivitama, luues 40% jõudluse trahvi. Erinevalt tavapärastest võrkudest, kus TCP/IP tegeleb vigadega taasedastuse kaudu, nõuab AI pidevaks tööks kõrgeimat lingi terviklikkust.

 

Usaldusväärsus

 

Võrguarhitektuur algab üha enam optikast, mitte ei käsitle transiivereid lisaseadmetena. Andmeedastuskiirused, mis tõusevad vahemikus 10 G kuni 800 G, muudavad optilise mooduli valiku kriitilise tähtsusega infrastruktuuri uuendamise, kiu taaskasutamise võimaluse ja missiooni -kriitilise ühenduse usaldusväärsuse jaoks. Optikast saab kiiresti suurim kapitaliinvesteering võrgu ehitamisse, kuna räni edusammud muudavad lülitipordid bitti odavamaks kui optiliste komponentide kulukõverad.

Organisatsioonid nõuavad 99,99% saadavust-maksimaalselt 52 minutit iga-aastast seisakut serveri kohta. Mõned nõuavad 99,999% tööaega, mis võimaldab vaid 5,26 minutit aastas planeerimata seisakuid. Need eesmärgid ei jäta komponentide rikete jaoks varu. Kui keskmised tunnised seisakukulud ületavad 300 000 dollarit ja 98% organisatsioonidest teatavad ühetunnise{13}}tunnise katkestuse kohta, mis maksavad üle 100 000 dollari, muutub optiline töökindlus ärikriitiliseks, mitte tehnilisteks pisiasjadeks.

AI infrastruktuuri nõudmiste ühtlustumine, suurenevad ribalaiuse nõuded ja{0}}seisakute nulltolerants tõstavad optiliste komponentide valiku ostuotsusest strateegilise valikuni. Testimiskindlus, ränifotoonika integreerimine, kohapeal-tõestatud jõudlus ja laiaulatuslik tugiinfrastruktuur määravad kindlaks, millised võrgud saavutavad töökindluseesmärgid ja millised kulukad katkestused.