7/03/2024，光纖在線訊，文章來源：逍遙科技

簡介
    過去幾十年來，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的興起徹底改變了全球互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)搜索、電子商務(wù)、社交媒體和云計(jì)算等領(lǐng)域的創(chuàng)新。最近，機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了大規(guī)模數(shù)據(jù)中心計(jì)算能力的重要性。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是這一切的核心，提供了高效執(zhí)行這些功能和服務(wù)所需的連接性和規(guī)模。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
    傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)采用基于數(shù)據(jù)包的 Clos 拓?fù)�，也稱為 ”脊葉架構(gòu)”。在這種架構(gòu)中，機(jī)架上的計(jì)算服務(wù)器連接到機(jī)架頂部（ToR）的葉子交換機(jī)，然后通過匯聚層連接到以太網(wǎng)分組交換機(jī)（EPS）的脊柱。雖然這已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但 EPS 設(shè)備耗電量很大。圖 1a 展示了一個(gè)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，其中基于 EPS 的骨干塊連接匯聚塊 （AB），ToR 交換機(jī)使用并行光纖與 AB 相連。

引入光路交換
    作為一種替代方案，研究人員探索將光路交換機(jī)（OCS）納入數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。OCS 設(shè)備具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1. 數(shù)據(jù)速率和波長無關(guān) 
2. 低功耗
3. 低延遲  

    基于 MEMS 的 OCS 系統(tǒng)使用傾斜鏡陣列將光線從輸入端口轉(zhuǎn)向輸出端口（圖 4），在以合理的成本擴(kuò)展到數(shù)據(jù)中心所需的高端口數(shù)方面前景最為廣闊。

    然而，數(shù)據(jù)中心的要求對(duì) OCS 硬件提出了挑戰(zhàn)：
- 更快的開關(guān)時(shí)間（商用 OCS 通常為 10-20 毫秒）  
- 更低的插入損耗和回波損耗
- 寬波長范圍操作
- 嚴(yán)格的非阻塞架構(gòu)
- 更低的成本

      
圖 1. 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演變
谷歌的阿波羅 OCS 平臺(tái)
    谷歌的 Apollo 代表了 OCS 在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的首次大規(guī)模部署。在近十年的生產(chǎn)過程中，Apollo 已成為谷歌數(shù)據(jù)中心的骨干網(wǎng)，支持所有使用案例。 

Apollo 平臺(tái)的關(guān)鍵組件包括：
- Palomar： 谷歌內(nèi)部開發(fā)的 OCS
- 光環(huán)行器 
- 支持雙向鏈接的定制波分復(fù)用光學(xué)收發(fā)器

    在 Apollo 的架構(gòu)中，OCS 層取代了 EPS 主干塊，通過配線架連接葉交換機(jī)（圖 1b）。這種直接連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能是光交叉連接，而不是分組交換。

    使用波分復(fù)用器和單模光纖環(huán)行器，可在每個(gè) OCS 端口/光纖上實(shí)現(xiàn)全雙工通信，與使用并行單模光纖相比，效率提高了一倍。OCS 層的布置為傳統(tǒng)的靜態(tài) Clos 網(wǎng)絡(luò)提供了靈活性。

谷歌阿波羅 OCS 的優(yōu)勢
    谷歌通過創(chuàng)新克服了 OCS 的典型缺點(diǎn)：
1. 高昂的前期成本 - 數(shù)據(jù)中心需求的增加可以通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低成本。
2. 插入損耗 - Apollo 的 136x136 OCS 無阻塞，功耗僅為 108W，而同等 136 端口的 EPS 功耗為 3000W。
3. 重新配置速度慢 - 交換速度更快，靈活性更高。
4. 缺乏插件支持 - Apollo 可向前和向后兼容谷歌數(shù)據(jù)中心的任何帶寬或波長。

未來發(fā)展方向
    為滿足不斷發(fā)展的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)需求，光互連技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域包括：
1. 端口數(shù)更多的 OCS，以提高擴(kuò)展性和拓?fù)潇`活性； 
2. 速度更快、成本更低的 OCS，可應(yīng)用于較低的網(wǎng)絡(luò)層
3. 提高可靠性和可用性，適用于更大的故障域
4. 降低插入損耗和回波損耗，擴(kuò)展光互連路線圖

結(jié)論
    谷歌的 Apollo 平臺(tái)證明了在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模部署 OCS 的可行性和優(yōu)勢。通過在基于 MEMS 的交換、定制收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的創(chuàng)新，Apollo 提供了靈活、低功耗和高性價(jià)比的連接解決方案。隨著數(shù)據(jù)中心帶寬需求在 ML 和云計(jì)算的推動(dòng)下不斷增長，OCS 技術(shù)將在擴(kuò)展和優(yōu)化這些網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)揮越來越重要的作用。

參考來源
https://www.linkedin.com/pulse/mission-apollo-landing-optical-circuit-switching-scale-kumar-piyush-ogyqc/