Giải pháp kỹ thuật thu phát quang trung tâm dữ liệu NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS

NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS Data Center Optical Transceiver Giải pháp kỹ thuật

1. Xét nghiệm về dự án và các yêu cầu

Khi 25G Ethernet củng cố vị trí của nó như tốc độ tầng truy cập mặc định cho các trung tâm dữ liệu doanh nghiệp và siêu quy mô, các kiến trúc sư mạng phải đối mặt với một thách thức thiết kế lớp vật lý lặp đi lặp lại: how to provision 25G connectivity across varying distances — from adjacent racks within the same row (5–15 meters) to cross-aisle links (30–60 meters) and even inter-building campus connections (up to 100 meters) — without proliferating transceiver typesCách tiếp cận truyền thống của việc chọn các mô-đun quang riêng biệt cho mỗi tầng khoảng cách (ví dụ, SR cho tầm ngắn,LR cho tầm xa) đưa ra sự phức tạp của hoạt động và làm tăng nguy cơ cung cấp sai, khi một mô-đun ngắn được vô tình triển khai trên một liên kết dài hơn, gây ra tỷ lệ lỗi bit không thể đoán trước (BER).

Thách thức này được tăng thêm bởi ba xu hướng công nghiệp đồng thời. Thứ nhất, việc áp dụng rộng rãi các yếu tố hình thức 25G SFP28 trên cả switch và NIC máy chủ đã tạo ra một cơ sở cài đặt lớn,nhưng không phải tất cả các máy thu SFP28 cung cấp hiệu suất nhất quán qua sợi đa chế độ (MMF)Thứ hai, các nhiệm vụ bền vững đang thúc đẩy giảm tiêu thụ điện tại cảng,bởi vì các công tắc mật độ cao với 48 hoặc 64 cổng có thể tiêu thụ năng lượng đáng kể nếu các bộ thu phát không được tối ưu hóaThứ ba, các nhóm hoạt động yêu cầu khả năng chẩn đoán thống nhất trên tất cả các liên kết quang học để đơn giản hóa việc giám sát và giảm thời gian sửa chữa trung bình (MTTR).Một giải pháp kỹ thuật có cấu trúc là cần thiết, máy thu 25G SR có đặc điểm tốt trong khi cung cấp các hướng dẫn rõ ràng cho lập kế hoạch từ xa, xác nhận ngân sách liên kết và quản lý sức khỏe chủ động.

2Thiết kế kiến trúc mạng / hệ thống chung

Kiến trúc được đề xuất áp dụng một cấu trúc lớp vỏ xương sống với các cổng 25G SFP28 phục vụ như lớp truy cập cho tất cả các nút tính toán và lưu trữ.thường được trang bị 48 cổng SFP28, kết nối với các máy chủ của nó thông qua các liên kết 25G, trong khi nhiều liên kết lên 100G hoặc 400G kết nối lớp lá với lớp cột sống cho giao thông liên kết giữa cỗ máy và trung tâm dữ liệu (DCI).Nguyên tắc kiến trúc chính là duy trì một SKU máy thu quang nhất quán trên tất cả các liên kết truy cập 25G, bất kể khoảng cách giữa công tắc và điểm cuối, miễn là khoảng cách vẫn nằm trong phạm vi khả năng tiếp cận của mô-đun được chọn.

Đối với kiến trúc này,NVIDIA Mellanox MMA2P00-ASđược chọn làm bộ thu quang quang 25G duy nhất cho tất cả các liên kết tầng truy cập lên đến 100 mét.MMA2P00-AS 25GBASE-SR MMF 850nmmáy thu hoạt động trên sợi đa phương thức kép (OM3 hoặc OM4) với phạm vi 70 mét trên OM3 và 100 mét trên OM4,bao gồm phần lớn các liên kết nội bộ trung tâm dữ liệu  từ dây cáp patch nội bộ rack đến dây cáp cấu trúc chéo và thậm chí cả các kết nối ngắn giữa các tòa nhà trong khuôn viên trườngViệc sử dụng một SKU máy thu duy nhất đơn giản hóa tài liệu kiến trúc, bởi vìNVIDIA Mellanox MMA2P00-ASlàHoàn hợp với MMA2P00-ASvới tất cả các bộ chuyển đổi NVIDIA Spectrum, bộ điều hợp ConnectX và DPU BlueField, cũng như các máy chủ SFP28 của bên thứ ba tuân thủ các thông số kỹ thuật SFF-8431 và SFF-8472.

Kiến trúc cũng kết hợp một thiết kế nhà máy sợi tiêu chuẩn. Tất cả các liên kết truy cập 25G sử dụng OM4 MMF với các đầu nối LC kép, kết thúc trong các tấm cáp có cấu trúc ở cả hai đầu.Thiết kế này đảm bảo rằng bất kỳ cổng máy chủ có thể được kết nối chéo với bất kỳ cổng chuyển đổi trong giới hạn 100 mét, cung cấp sự linh hoạt tối đa cho việc tái cân bằng công suất và các chu kỳ cập nhật phần cứng.Thông số kỹ thuật MMA2P00-ASĐối với bán kính uốn cong (tối thiểu động 30mm), độ sạch của kết nối (theo IEC 61300-3-35) và ngân sách mất tích chèn (tối đa 2,5 dB tổng cộng cho toàn bộ liên kết, bao gồm cả các kết nối và ghép nối).

3. Vai trò và các tính năng chính của NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS trong giải pháp

Trong kiến trúc này,MMA2P00-AS 25G SFP28 máy thu quangchức năng như là giao diện quang chuẩn kết nối miền điện của bộ chuyển mạch / bộ điều hợp với cơ sở hạ tầng sợi quang.Các tính năng kỹ thuật chính của nó là rất quan trọng đối với sự thành công của chiến lược SKU duy nhất:

• IEEE 802.3by 25GBASE-SR tuân thủ:Đảm bảo khả năng tương tác với bất kỳ cổng Ethernet 25G tiêu chuẩn nào, loại bỏ các chu kỳ đủ điều kiện cụ thể của nhà cung cấp.
• Máy phát 850nm VCSEL:Cung cấp công suất đầu ra quang học đáng tin cậy (-4 đến +4 dBm) với tiếng ồn cường độ tương đối thấp (RIN), hỗ trợ sơ đồ mắt sạch trên sợi đa chế độ.
• Máy nhận mã PIN nhạy cao:Độ nhạy điển hình là -8,5 dBm ở 25,78 Gbps, cung cấp một biên kết liên kết ít nhất 3,0 dB trên OM4 ở 100 mét, tính đến tổn thất kết nối và lão hóa.
• Hiệu quả năng lượng:Tiêu thụ tiêu thụ thông thường dưới 1,5W, cho phép cấu hình cổng dày đặc mà không vượt quá ngân sách nhiệt.
• Giám sát chẩn đoán kỹ thuật số tích hợp (DDM):Báo cáo thời gian thực về sức mạnh Tx, sức mạnh Rx, nhiệt độ, điện áp và dòng bias thông qua giao diện I2C tiêu chuẩn, cho phép phát hiện lỗi chủ động.
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng:Nhiệt độ vỏ từ 0 °C đến 70 °C, đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong môi trường kệ mật độ cao với nhiệt môi trường cao.

Những đặc điểm này được ghi chép đầy đủ trongMMA2P00-AS trang dữ liệu, bao gồm mặt nạ sơ đồ mắt, đường cong dung nạp giật và bản vẽ cơ học để tích hợp vào các công cụ bố trí tủ.Bảng dữ liệu cũng cung cấp các bảng ngân sách liên kết chi tiết được tham chiếu trong giai đoạn lập kế hoạch kiến trúc để xác nhận rằng tổng tổn thất chèn của mỗi liên kết (bao gồm cả suy giảm sợi), tổn thất kết nối và tổn thất ghép) vẫn nằm trong ngân sách quang học của mô-đun.

4. Đề xuất triển khai và mở rộng quy mô (với mô tả topology điển hình)

Đối với việc triển khai ban đầu, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phương pháp phân vùng có cấu trúc để lập bản đồ các tầng khoảng cách theo các loại cáp tiêu chuẩn hóa và đảm bảo biên độ liên kết nhất quán trên tất cả các kết nối.Các topology điển hình sau đây được sử dụng cho một chuyển đổi lá 48-cổng phục vụ 48 máy chủ trên sáu tủ (8 máy chủ mỗi tủ), với khoảng cách giữa các tủ từ 5 đến 25 mét:

• Khu vực A (trong đường ray, 2,5 mét):Tham gia trực tiếp dây vá OM4 từ công tắc lá (trong cùng một tủ) vào máy chủ.
• Khu vực B (các tủ liền kề, 815 mét):Cáp có cấu trúc thông qua các khay sợi trên cùng với các tấm vá trung gian. Tổng số kết nối: 2 cặp kết nối cho mỗi liên kết. Biên giới liên kết: 4 ¢ 5 dB, nằm trong mức tối thiểu 3.0 dB của mô-đun.
• Khu vực C (trên lối đi / giữa hàng, 20 ̇50 mét):Các thân máy OM4 được kết thúc trước với các đầu nối được đánh bóng tại nhà máy, được định tuyến dưới sàn cao.
• Khu vực D (giảng giữa các tòa nhà trong khuôn viên, 70-100 mét):Chỉ được sử dụng cho các kết nối ngắn trong khuôn viên trường mà cơ sở hạ tầng OM4 tồn tại.yêu cầu làm sạch các kết nối kỹ lưỡng và tuân thủ bán kính uốn cong như được chỉ định trongThông số kỹ thuật MMA2P00-AS.

Tăng quy mô vượt ra ngoài một pods duy nhất theo nguyên tắc phân vùng tương tự, với việc thêm các công tắc tổng hợp trung gian kết thúc các liên kết truy cập 25G từ nhiều pods.MMA2P00-AS 25G SFP28 giải pháp máy thu quangsử dụng một SKU duy nhất, mở rộng không yêu cầu dự báo các loại máy thu truyền theo khoảng cách ¢ tất cả các liên kết được cung cấp giống hệt nhau.Điều này đơn giản hóa hậu cần và cho phép nhóm hoạt động duy trì một lượng dự trữ đệm nhỏ của máy thu dự phòng (thường là 5% các đơn vị được triển khai) để thay thế nhanh chóng trong các sự kiện bảo trì.

Đối với lập kế hoạch khoảng cách, bảng sau đây cung cấp các hướng dẫn về phạm vi tối đa dựa trên loại sợi và ngân sách liên kết:

Khi triển khai ở khoảng cách gần phạm vi tối đa, chúng tôi khuyên bạn nên thực hiện đo năng lượng quang học trong khi đưa vào sử dụng một nguồn ánh sáng và máy đo năng lượng,so sánh tổn thất đo lường với ngân sách tính toán từMMA2P00-AS trang dữ liệuBước xác nhận này đảm bảo rằng bất kỳ khiếm khuyết cáp hoặc ô nhiễm nào cũng được phát hiện trước khi nối kết được đưa vào sản xuất.

5. Hoạt động và bảo trì: Giám sát, khắc phục sự cố và tối ưu hóa

Chu kỳ hoạt động của cơ sở hạ tầng quang dựa trên MMA2P00-AS đòi hỏi một cách tiếp cận có hệ thống để giám sát và quản lý lỗi, tận dụng khả năng DDM của mô-đun.Chúng tôi khuyên bạn nên tích hợp giao diện quản lý I2C vào hệ thống quản lý mạng trung tâm (NMS) bằng cách sử dụng tiêu chuẩn SFF-8472 MIB hoặc các phần mở rộng cụ thể của nhà cung cấpCác ngưỡng chính để cấu hình cho cảnh báo chủ động bao gồm:

• Sự suy giảm sức mạnh Tx:Cảnh báo nếu công suất đầu ra giảm hơn 2,0 dB so với tiêu chuẩn, cho thấy khả năng lão hóa laser hoặc ô nhiễm kết nối ở phía phát.
• Rx biên điện:Cảnh báo nếu nguồn điện nhận gần -8,0 dBm (với độ nhạy -8,5 dBm), cho thấy mất liên kết quá mức hoặc hỏng cáp.
• Đi du lịch nhiệt độ:Cảnh báo nếu nhiệt độ phòng vượt quá 65 °C, cho thấy tắc nghẽn luồng không khí, lỗi quạt hoặc tăng nhiệt độ môi trường.
• Bias drift hiện tại:Theo dõi sự thay đổi trong dòng thiên hướng laser theo thời gian; sự gia tăng bền vững vượt quá 30% số lượng danh nghĩa có thể chỉ ra sự suy giảm của laser.

Trong trường hợp suy giảm hoặc lỗi liên kết, nên tuân theo một giao thức khắc phục sự cố có cấu trúc:

1. Kiểm tra các phép đọc DDM để loại trừ các bất thường về điện năng quang học; so sánh giá trị Tx và Rx với các phạm vi dự kiến từThông số kỹ thuật MMA2P00-AS.
2. Kiểm tra các đầu nối QSFP / SFP28 ở cả hai đầu bằng kính hiển vi mặt cuối; sạch nếu bị ô nhiễm được phát hiện theo tiêu chuẩn IEC 61300-3-35.
3. Kiểm tra liên kết với một máy thu MMA2P00-AS tốt để xác nhận lỗi nằm trong mô-đun hoặc nhà máy sợi.
4. Nếu vấn đề vẫn tiếp tục, hãy thực hiện thử nghiệm phản xạ đo thời gian quang học (OTDR) để xác định vị trí của bất kỳ vết vỡ sợi, uốn cong quá mức hoặc lỗi ghép.

Các cơ hội tối ưu hóa bao gồm kiểm toán quản lý cáp định kỳ để đảm bảo tuân thủ bán kính uốn tối thiểu và để xác minh rằng các gói cáp không bị nén hoặc bị căng quá mức.Ngoài ra, bởi vìGiá MMA2P00-AScạnh tranh với các mô-đun SR 25G đủ điều kiện khác,chúng tôi khuyên bạn nên duy trì một lượng nhỏ các bộ thu dự phòng (khoảng 5% tổng số đơn vị được triển khai) để cho phép thay thế nhanh chóng và giảm thiểu MTTRĐối với việc triển khai quy mô lớn, hãy xem xét triển khai bảng điều khiển sức khỏe quang học tự động tổng hợp dữ liệu DDM trên tất cả các liên kết, cho phép bảo trì dự đoán và lập kế hoạch năng lực.

6. Tóm lại & Đánh giá giá trị

CácNVIDIA Mellanox MMA2P00-AS- dựa trên giải pháp kỹ thuật cung cấp một phương pháp thực tế, thực địa xác nhận để cân bằng băng thông và khoảng cách trên các mạng truy cập trung tâm dữ liệu 25G.Máy phát sóng SFP28 SR phù hợp với IEEEMMA2P00-AS 25G SFP28 máy thu quang- kiến trúc loại bỏ sự phức tạp của việc quản lý nhiều SKU cho các cấp độ khoảng cách khác nhau, giảm hàng tồn kho phụ tùng thay thế và đơn giản hóa lập kế hoạch triển khai.Công nghệ VCSEL 850nm của module, kết hợp với một máy thu PIN nhạy cao, cung cấp hiệu suất đáng tin cậy trên OM3 và OM4 MMF lên đến 100 mét, bao gồm phần lớn các liên kết nội bộ trung tâm dữ liệu và khuôn viên trường.

Các chỉ số giá trị chính từ các triển khai so sánh bao gồm:

• Giảm hàng tồn kho:Một SKU máy thu phát duy nhất thay thế hai hoặc ba số bộ phận cụ thể về khoảng cách, giảm chi phí logistics trên 40~50%.
• Hiệu quả năng lượng:Với < 1,5W mỗi mô-đun, MMA2P00-AS góp phần giảm chi phí làm mát và cải thiện PUE.
• Độ tin cậy hoạt động:Giám sát chủ động được kích hoạt bởi DDM làm giảm MTTR lên đến 60% đối với lỗi lớp quang học.
• Tối ưu hóa chi phí:CácGiá MMA2P00-AScạnh tranh với các mô-đun SR 25G đủ điều kiện khác, trong khi khả năng tương thích rộng của nó loại bỏ chi phí đủ điều kiện bổ sung.

Đối với các kiến trúc sư mạng và các lãnh đạo kỹ thuật, MMA2P00-AS cung cấp một giao diện quang học "fit-and-forget" duy trì hiệu suất nhất quán trong biến đổi nhiệt độ và căng thẳng cơ học.Giải pháp đặc biệt được khuyến cáo cho các trung tâm dữ liệu xanh dự định mạng truy cập 25G tiêu chuẩn, cũng như môi trường brownfield nâng cấp từ 10G lên 25G trong khi tái sử dụng cơ sở hạ tầng sợi đa chế độ hiện có.và môi trường lưu trữ doanh nghiệp, kiến trúc cáp dựa trên MMA2P00-AS cung cấp một nền tảng vững chắc, có thể mở rộng phù hợp với cả các hạn chế hoạt động hiện tại và lộ trình năng lực dài hạn.

Để biết hướng dẫn tích hợp chi tiết, dữ liệu mô phỏng nhiệt và các gói chứng nhận tuân thủ, vui lòng tham khảo tài liệu sản phẩm chính thức.