Infrastruktura na miarę centrów danych przyszłości
Gwałtowny, niemal geometryczny wzrost globalnego ruchu internetowego powoduje szereg poważnych problemów, którym muszą stawiać czoła zarówno operatorzy centrów danych, jak i producenci sprzętu. Biorąc pod uwagę wzrost popularności coraz bardziej złożonych aplikacji opartych na chmurze, mediów społecznościowych oraz analiz dużych zbiorów danych, powinniśmy się spodziewać narastania tych wyzwań. Obecnie centra danych wykorzystują setki tysięcy serwerów rozmieszczonych w kilku warstwach hierarchicznych do obsługi ruchu, jednak takie rozwiązanie wymaga podłączenia każdego z serwerów do taniej i energooszczędnej sieci przyłączeniowej. Ponadto przełączniki wykorzystywane przez te serwery muszą oferować wysoką przepustowość wymaganą przez architektury bezblokowe implementowane na szeroką skalę. Problem polega na tym, że konwencjonalne elektroniczne przełączanie pakietów oraz połączenia oparte na miedzi, które były dotychczas wykorzystywane w celu spełnienia tych wymogów zużywają duże ilości energii elektrycznej, charakteryzują się ograniczonym zasięgiem i wszystko wskazuje na to, że będą powodowały rosnące opóźnienia. Jednym z możliwych rozwiązań są technologie fotoniczne, które umożliwiają znaczącą poprawę osiągów i wydajności serwerów instalowanych w centrach danych. Niestety, rozwój tych technologii nadal pozostaje w powijakach, co powoduje, że centra danych nie są w stanie zapewnić przepustowości pozwalającej na dotrzymanie kroku stale rosnącym zapotrzebowaniom na ruch. Aby umożliwić rozwiązanie tego problemu, w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu L3MATRIX (Large Scale Silicon Photonics Matrix for Low Power and Low Cost Data Centers) powstała nowa generacja elementów infrastruktury centrów danych. „Dzięki opracowaniu nowatorskiej metody budowania przełączników na potrzeby centrów danych jesteśmy w stanie obniżyć koszty przy jednoczesnym zwiększaniu efektywności energetycznej oraz wydajności rozwiązań”, twierdzi Tolga Tekin, koordynator projektu L3MATRIX. „W rezultacie będzie możliwe budowanie rozległych sieci oferujących przepustowość na poziomie petabajtów na sekundę, dzięki czemu będą w stanie sprostać wymaganiom stawianym przez ruch internetowy jutra”.
Radykalnie nowatorskie rozwiązanie
Kluczową innowacją wprowadzoną w ramach projektu L3MATRIX jest nowa metoda budowania przełączników. Dzięki umieszczeniu połączeń optycznych w jednej obudowie ze specjalizowanymi układami scalonymi (ASIC) wykorzystywanymi w celu przełączania, naukowcy byli w stanie zwiększyć radix układu – główną przeszkodę uniemożliwiającą skalowanie przepustowości. Połączenie optyczne jest realizowane w formie dużej, dwuwymiarowej macierzy fotonicznej wykonanej z krzemu, która stanowi jednomodowe rozwiązanie optyczne zapewniające zarówno wymaganą gęstość danych, jak i daleki zasięg. Przetwarzanie i przełączanie pakietów jest realizowane przez układ ASIC. Wynikiem tej daleko idącej integracji fotoniczno-cyfrowej jest radykalnie nowe rozwiązanie i związana z nim architektura sieci. Dzięki rozwiązaniu L3MATRIX centra danych będą mogły zwiększyć przepustowość swoich sieci do poziomu petabajtów na sekundę wykorzystując zaledwie niewielką część stosowanych obecnie urządzeń. „To innowacyjna metoda budowania przełączników, które charakteryzuje zarówno wysoki radix, jak i zwiększona przepustowość wynosząca 25 gigabitów na sekundę (Gb/s) przy zastosowaniu jednomodowych światłodowodów i falowodów o niskich opóźnieniach”, wyjaśnia Kobi Hasharoni, kierownik techniczny projektu. „Włączenie tych urządzeń do sieci centrum danych pozwoli na dziesięciokrotne zmniejszenie zużycia energii w porównaniu z zastosowaniem konwencjonalnej technologii”. Układ opracowany w ramach projektu L3MATRIX pozwala również na zmniejszenie opóźnień do poziomu wynoszącego 10-20 nanosekund. Dzieje się tak z powodu zmniejszenia liczby networking (przeskoków) pakietu ze względu na zmniejszenie liczby warstw przełączających w sieci.
Naturalna ewolucja
Jak twierdzi Tekin, integracja nadajnika i odbiornika optycznego w układzie scalonym jest naturalnym krokiem ewolucyjnym w branży połączeń optycznych. „Projekt L3MATRIX z powodzeniem zaprezentował nowe podstawowe elementy połączonego układu optycznego. Opracowana platforma technologiczna jest teraz dostępna dla małych i średnich przedsiębiorstw, które mogą skupić się na jej rozwoju i integracji z infrastrukturą, na której oprą się centra danych jutra”.
Słowa kluczowe
L3MATRIX, centrum danych, umieszczanie w jednej obudowie, połączenia optyczne, Internet, media społecznościowe, duże zbiory danych, serwery, technologie fotoniczne, przełączniki