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23/10/2024
La óptica co-empaquetada (CPO) está emergiendo como una tecnología clave para enfrentar las crecientes demandas de los centros de datos modernos. Con las limitaciones de las arquitecturas actuales, la necesidad de mayor velocidad, menor latencia y mejor eficiencia energética se vuelve crítica.
Sin embargo, estas limitaciones también abren nuevas oportunidades para optimizar el rendimiento, reducir el consumo energético y escalar de manera eficiente. En este artículo, revisaremos cómo la CPO puede ser un paso decisivo para mejorar los conmutadores en centros de datos y los beneficios que puede aportar a tu infraestructura.
Los centros de datos modernos están enfrentando varios desafíos que requieren soluciones innovadoras. A continuación los resumimos todos:
Los transceptores ópticos actuales requieren una gran cantidad de energía para transferir datos desde los chips ASIC hasta los módulos ópticos externos. Este proceso genera pérdidas significativas de energía a lo largo de las interconexiones eléctricas, lo que incrementa la demanda de refrigeración y eleva los costos operativos. Este es un punto crítico para centros de datos hiperescala, donde cada vatio cuenta.
El aumento exponencial en el tráfico de datos pone de manifiesto las limitaciones de las tecnologías ópticas enchufables tradicionales. Aunque son eficaces en sistemas de hasta 400G, alcanzan su límite de escalabilidad, especialmente cuando se proyecta hacia 800G y más allá. La CPO elimina este cuello de botella, mejorando la integración y permitiendo mayores velocidades sin aumentar el consumo.
Las interconexiones largas entre los componentes ópticos y electrónicos generan latencias que afectan al tiempo de respuesta en aplicaciones críticas. Este es un problema especialmente en redes 5G y en aplicaciones de inteligencia artificial, donde el tiempo de respuesta debe ser lo más bajo posible.
Con el aumento en la cantidad de módulos ópticos y transceptores, la ocupación de espacio dentro de los conmutadores también aumenta. Esto limita la capacidad de densificación de puertos, algo que es crucial para los centros de datos que buscan maximizar la eficiencia en su infraestructura.
A medida que aumenta el tráfico de datos y el número de transceptores, también crece la generación de calor, lo que obliga a usar sistemas de refrigeración más complejos y costosos. La gestión del calor se convierte en un desafío crítico para mantener operativos los centros de datos sin interrupciones.
La óptica co-empaquetada (CPO) busca mitigar el problema del consumo de energía al colocar el motor óptico y el ASIC en el mismo sustrato como un conjunto empaquetado único. Si se hace correctamente, la CPO no solo reduciría los requisitos de energía, sino que también podría ayudar a los centros de datos a mejorar la densidad de puertos, la gestión térmica y el ancho de banda.
Este enfoque minimiza las pérdidas eléctricas y térmicas, lo que resulta crucial para los conmutadores de alta densidad de datos que operan a 400G, 800G, con la proyección de soportar hasta 1.6T a medida que la tecnología avanza.
Muchos consideran que la óptica co-empaquetada es el siguiente paso evolutivo en los conmutadores de centros de datos. El Foro de Interconexión Óptica (OIF) tiene ya varios proyectos relacionados con la óptica co-empaquetada. Por otro lado, el Consorcio para Óptica Integrada publicó recientemente: “Consideraciones de diseño de conectividad óptica en un conmutador óptico integrado o empaquetado conjuntamente”.
El cambio de transceptores enchufables a la óptica co-empaquetada introduce consideraciones importantes para el cableado de fibra óptica. En los sistemas tradicionales, la fibra se conecta a la interfaz dependiente del medio (MDI), y los parámetros de transmisión óptica se miden en el punto de prueba TP2. Para garantizar la interoperabilidad con los módulos enchufables, la CPO también debe mantener TP2 en el mismo lugar, y la potencia de transmisión debe ajustarse para compensar las pérdidas de conector del panel frontal, sin afectar el presupuesto energético de la planta de cableado.
De igual forma, TP3, que se refiere a la salida del cable de fibra conectado al MDI del receptor, también debe mantenerse en sistemas que integren la CPO. Las pérdidas en los conectores deben compensarse con una mejor sensibilidad del receptor para garantizar una operación eficiente.
La mayoría de los diseños de conmutadores co-empaquetados utilizan fotónica de silicio, donde la luz de un láser externo se acopla al chip de fotónica de silicio. Los moduladores codifican los datos en la luz antes de enviarla a través de la fibra óptica. Para compensar las pérdidas en el chip, que pueden alcanzar los 12 dB, los láseres externos deben operar a alta potencia.
Otro enfoque que promete una mayor reducción de energía es la óptica combinada que utiliza VCSEL acoplados a fibra multimodo. Este tipo de tecnología puede operar hasta 100 metros con un consumo significativamente menor. El estándar IEEE 802.3db estandarizó el uso de VCSEL para 100G en cuatro carriles, y el estándar IEEE 802.3df lo ampliará a ocho carriles para 800G, permitiendo conmutadores de bajo costo y alto rendimiento.
Con la CPO, la historia de la densidad del panel frontal cambia. Los conmutadores tradicionales están limitados por el tamaño de los transceptores OSFP o QSFP-DD. En los conmutadores co-empaquetados, al reducir el tamaño del panel frontal usando solo conectores de fibra más pequeños, se permite una mayor densidad. Conectores como MPO y otros de pequeño factor de forma (VSFF), como SN-MT y MMC, ofrecen el mayor potencial de densidad. El conector MPO16 se utilizará ampliamente en conmutadores co-empaquetados, ya que los haces de fibra de los chiplets empaquetados son divisibles por 16, optimizando el espacio.
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