Cisco optika uzlabo tīkla uzticamību

 

Cisco optika uzlabo tīkla uzticamību, izmantojot stingrus testēšanas protokolus, silīcija fotonikas tehnoloģiju un uz vietas{0}}pierādīto kļūmju līmeni zem 100 daļām uz miljonu. Šiem optiskajiem raiduztvērējiem tiek veikta temperatūras, sprieguma un signāla izmaiņu stresa pārbaude, ko standarta atbilstības pārbaude neaptver, nodrošinot AI infrastruktūrai un uzņēmumu tīkliem kritisko uzticamību.

 

 

Optisko komponentu kļūmju slēptās izmaksas

 

Tīkla dīkstāvei ir satriecošas finansiālas sekas. Vairāk nekā 90% vidēja lieluma un lielo uzņēmumu ziņo, ka stundas dīkstāves izmaksas pārsniedz 300 000 ASV dolāru, un 33% — zaudējumi no 1 miljona līdz 5 miljoniem ASV dolāru stundā. AI darba slodzēm ietekme palielinās. Meta analīze atklāja, ka viena lēna GPU saite vai neveiksmīgs tīkla savienojums var samazināt klastera veiktspēju par 40%, atstājot dārgus GPU dīkstāvē, kamēr apmācības darbi tiek atsākti no kontrolpunktiem.

Optiskais raiduztvērējs atrodas kritiskā krustojumā. Šie cigarešu -šķiltavu-izmēra komponenti pārvērš elektriskos signālus optiskajos un aizmugurējos signālos, nodrošinot lielu-ātruma pārraidi pa šķiedru kabeļiem. Kad tie neizdodas, viss apstājas. Tīkla kļūme ir galvenais neplānotu pārtraukumu cēlonis, kas saskaņā ar novērojamības datiem veido 35% no incidentiem pēdējo divu gadu laikā.

Tradicionālās pieejas ir vērstas uz atbilstību nozares standartiem{0}}IEEE specifikācijām, MSA atbilstībai, formas faktora prasībām. Cisco atklāja, ka ar to nepietiek. Uzticamības pārbaudē, kurā no dažādiem piegādātājiem tika iegūti 20 dažādi optiskie moduļi, kas visi tehniski atbilst 100G un 400G standartiem, neviens neizturēja Cisco stresa vidi. Moduļi darbojās ideālos apstākļos, bet neizdevās, kad tie tika pakļauti temperatūras svārstībām, sprieguma svārstībām vai signāla novirzēm, ar kurām saskaras reālas izvietošanas.

Šī atšķirība starp atbilstību un uzticamību kļūst par kritisku AI infrastruktūru. Atšķirībā no tradicionālajiem tīkliem, kur TCP/IP apstrādā kļūdas, izmantojot atkārtotu pārraidi, AI sistēmas darbojas ar sinhronizētiem GPU, kas paralēli apmainās ar informāciju. Saites kļūdas liek visai darba slodzei apturēt, dublēt kontrolpunktā un restartēt. Darbības sods sasniedz 40% no klastera jaudas.

 

Silīcija fotonikas tehnoloģija samazina atteices punktus

 

Cisco silīcija fotonikas pieeja apvieno vairākas optiskās funkcijas vienā mikroshēmā, būtiski mainot uzticamības matemātiku. Tradicionālie diskrētie optiskie moduļi apvieno atsevišķus komponentus-lāzerus, modulatorus, multipleksorus, detektorus-, no kuriem katrs rada potenciālus atteices punktus. Silīcija fotonika apvieno šīs funkcijas integrētā shēmā, kas ražota, izmantojot standarta CMOS procesus.

Uzticamības priekšrocības ir trīs faktori. Pirmkārt, mazāk komponentu nozīmē mazāk atteices punktu. Diskrētam 1.6T modulim, kas izmanto astoņus 200G kanālus, ir nepieciešami četri dārgi EML lāzeri. Silīcija fotonika integrē visu, tāpēc četriem kanāliem ir viens kopīgs viļņa garuma lāzers, samazinot skaitu līdz diviem mazāk{5}}CW lāzeriem. Šie pastāvīgo-viļņu lāzeri darbojas kā spuldzes, spīdot vienmērīgā gaismā, kamēr silīcija fotonikas mikroshēma apstrādā visu ātrgaitas{8}}modulāciju.

Otrkārt, vafeļu{0}}ražošanā tiek izmantota nobriedusi silīcija CMOS ražošana ar 40 gadiem un 400 miljardu dolāru pierādītiem ieguldījumiem. Ļoti automatizēti procesi nodrošina nemainīgu kvalitāti miljoniem vienību. Tehnoloģija nodrošina pārbaudāmību un procesa atkārtojamību, kas nav iespējama ar rokām{5}}montētiem diskrētiem komponentiem. Ražošanas raža tieši nozīmē uzticamību uz vietas.

Treškārt, monolīta integrācija nodrošina precīzu komponentu izlīdzināšanu. Ja visi optiskie elementi atrodas vienā mikroshēmā, izgatavoti kopā, signāla zudums samazinās un veiktspēja uzlabojas. Nav nepieciešami precīzi izvietojumi vai dārgi izlīdzinājumi. Šī pieeja mērogojas no laboratorijas līdz lielapjoma ražošanai, neapdraudot uzticamību.

Cisco katru gadu piegādā vairākus miljonus optisko raiduztvērēju ar lauka atgriešanas ātrumu zem 100 ppm{1}}mazāk nekā 100 atteices uz miljonu vienību. Šis rādītājs atspoguļo reālo -pasaules veiktspēju dažādās klientu vidēs, nevis laboratorijas apstākļos. Tīkla inženieriem, kas uztur 99,99% pieejamības prasības (maksimālais gada dīkstāves laiks 52 minūtes), komponentu uzticamība šajā līmenī nodrošina kritisko rezervi.

 

Visaptveroša testēšana ārpus nozares standartiem

 

Nozares standarti nodrošina vajadzīgās bāzes līnijas, bet nepietiekamu apstiprinājumu. Cisco ievieš dizaina verifikācijas testus (xDVT) optiskajos, elektriskajos, mehāniskajos un elektromagnētiskajos domēnos, kas pārsniedz standarta prasības. Testēšanas metodoloģija simulē atteices režīmus, uz kuriem neattiecas standarti.

Optiskā dizaina apstiprināšanas pārbaude (ODVT) nodrošina pareizu saites veiktspēju, jo spriegums un temperatūra atšķiras dažādos diapazonos. Pārbaudes mēra viļņa garuma precizitāti, pārraides jaudu un signāla integritāti, kā arī uztvērēja jutību apstākļos, kas atspoguļo izvietošanas gadus. Temperatūras cikliskums, -atkārtoti ieslēdzot un izslēdzot sistēmas-, paātrina novecošanos, lai noteiktu laika gaitā radušos kļūmes veidus.

Electrical Design Validation Testing (EDVT) risina signāla integritāti ātrdarbīgos{0}}datu ceļos, loģiskās saskarnes konsekvenci un programmatūras saderību. Raiduztvērēji mijiedarbojas ar resursdatora platformām, izmantojot gan ātrdarbīgus -optiskos savienojumus, gan zema-ātruma pārvaldības saskarnes. Nesaderība EEPROM iestatījumos vai programmaparatūras rokasspiedieni izraisa darbības kļūmes, kuras atbilstības testēšanas laikā netiek novērstas.

Mehāniskās konstrukcijas apstiprināšanas pārbaude (MDVT) pakļauj moduļus vibrācijai un triecieniem uz Z{0}}ass vibrācijas tabulām. Datu centri piedzīvo fizisku stresu uzstādīšanas, piegādes un seismisko notikumu laikā. Mehāniskas kļūmes-salauztas lodēšanas vietas, nefiksēti komponenti, savienotāja bojājumi-ir izplatītas problēmas, kuras standarta testēšanas laikā neievēro.

Elektromagnētiskās saderības (EMC/EMI) pārbaude garantē, ka raiduztvērējs darbojas, netraucējot blakus esošajām iekārtām, vienlaikus saglabājot imunitāti pret ārējo starojumu. Liels datu pārraides ātrums rada elektromagnētiskus traucējumus. Bez pienācīgas ekranēšanas rodas pakešu zudumi. FCC 15. daļas ierobežojumi nosaka pieņemamos līmeņus, un Cisco testēšana nodrošina atbilstību rezerves rezervei.

Visaptverošā pieeja apstiprina savietojamību gan Cisco, gan trešo pušu{0}}platformās. Standartiem-balstītas specifikācijas nenodrošina resursdatora-uz-uztvērēja vai raiduztvērēja-uztvērēja{6}}saderību. Cisco pabeidz pilnu kvalifikāciju, izmantojot dažādas resursdatora sistēmas, atklājot nesaderības pirms izvietošanas. Šī vairāku piegādātāju validācija paātrina klientu integrāciju un samazina lauka kļūmes.

 

AI tīkli pieprasa augstākus uzticamības standartus

 

AI infrastruktūra maina uzticamības vienādojumu. GPU temperatūra mākslīgā intelekta statīvos sasniedz 85 grādus, un sistēmas ģenerē 50–100 kW jaudu uz vienu statīvu. Raiduztvērēji porta izplūdes konfigurācijās piedzīvo augstāku temperatūru nekā porta ieplūdes izvietojumi. Darba temperatūra tieši ietekmē atteices biežumu, un nekonsekventa dzesēšanas gaisa plūsma rada neparedzamas atteices.

Augsta izmantošana atklāj nepilnības. Tradicionālie tīkli darbojas ar mainīgu slodzi{1}}virsotnēm un aktivitāšu ielejām. AI apmācība nodrošina nepārtrauktu augstu noslogojumu, noslogojot komponentus bez atelpas. Labāka saites rezerve samazina labojamo kļūdu skaitu un novērš nelabojamas kļūdas, kas izraisa darbu avāriju. Siltuma pārvaldība kļūst kritiska, jo ilgstoša augstā temperatūra paātrina komponentu novecošanos.

Finansiālās sekas dod priekšroku augstākās klases optikai. Tipiskā AI skaitļošanas mezglā optiskie raiduztvērēji veido 3-5% no kopējām izmaksām. Lielākā daļa tiek novirzīta GPU, liela joslas platuma atmiņai un dzesēšanas sistēmām. Viens AI serveris ar astoņiem GPU pārsniedz USD 500 000, un atsevišķi GPU maksā vairāk nekā USD 30 000. Katra dīkstāves minūte tērē tūkstošiem GPU dīkstāves laika.

Zemas{0}}kvalitātes optika sākotnēji var maksāt mazāk, taču tā rada lielākas kopējās īpašumtiesību izmaksas. Bieža nomaiņa, problēmu novēršana un apkope palielina izdevumus, kas pārsniedz komponentu cenas. GPU dīkstāve optisko kļūmju dēļ rada finansiālus zaudējumus, kas ir mazāki par ietaupījumiem no lētākiem raiduztvērējiem. Maksa par uzticamu optiku ir gudrs ieguldījums, ņemot vērā infrastruktūras mērogu.

Cisco piedāvā integrētus risinājumus, kas pārbaudīti visā tīklā{0}}iekārtās, skaitļošanas sistēmās, krātuvē un optikā, kas savieno visu. Šī -līdz-pārbaude nodrošina saderību un uzticamību vairāku piegādātāju AI vidēs, kur serveri, NIC, slēdži un raiduztvērēji ir no dažādiem ražotājiem. Tikai daži pārdevēji piedāvā šo visaptverošo testēšanas iespēju.

 

 

Maršrutētais optiskais tīkls vienkāršo arhitektūru

 

Tradicionālajiem metro un plaša mēroga optiskajiem tīkliem ir nepieciešamas īpašas DWDM sistēmas{0}}dārgs aprīkojums, kam nepieciešamas īpašas prasmes. Maršrutētais optiskais tīkls izmanto izsmalcinātu pievienojamu koherento optiku, kas integrējas tieši IP maršrutētājos, novēršot atsevišķus optiskos slāņus.

Arhitektūras vienkāršošana sniedz izmērāmas priekšrocības. Neatkarīga analīze liecina par 35% kapitālizdevumu samazinājumu konkrētiem tīkla veidiem, bet darbības izdevumu ietaupījumi dažos gadījumos pārsniedz 50%. Šī tehnoloģija automatizē funkcijas, kurām iepriekš bija nepieciešama cilvēka optiskā inženierija, ļaujot komandām saglabāt zināšanas savās jomās, nevis apmācīt IP un optiskos speciālistus.

Saskanīgā pieslēdzamā optika ir attīstījusies ātrāk nekā nozares prognozes. Kad ap 2020. gadu tika ieviests maršrutētais optiskais tīkls ar 400ZR standartu, daži cerēja, ka 400ZR+ optika sasniegs vairāk nekā 1000 km pa degradēto teritoriju tīkliem. Līdz 2024. gadam 800 ZR+ optika QSFP{11}}DD formātā darbosies vēl labāk. Pieslēdzamā koherentā optika līdz 2027. gadam veidos pusi no kopējā koherentā tirgus.

Jaudas un vietas ietaupījums ir nenoliedzams. Maršrutētāja{1}}mitinātā saskaņotā optika novērš aprīkojuma statīvus, samazina kabeļu sarežģītību un samazina aprīkojuma izmaksas. Vairāk nekā 200 klientu ir izvietojuši maršrutēto optisko tīklu, ziņojot par palielinātu jaudu, samazinātu enerģijas patēriņu un mazāku tīkla sarežģītību un nospiedumu. Bell Canada izmantoja tehnoloģiju savā tīkla pārveidē, lai kļūtu par labāko tīklu valstī, vienlaikus ievērojami samazinot izmaksas.

Šī pieeja attiecas uz metro datu centru starpsavienojumiem, izmantojot reģionālās un tālsatiksmes lietojumprogrammas-G koherentie viļņu garumi savieno nepastiprinātu punktu-uz-punktu saites līdz 45 km, savukārt uzlabotās versijas sasniedz 120 km vai nodrošina tālsatiksmes{6}}pārraidi. Elastība atbalsta vairākus izvietošanas scenārijus bez īpaša optiskā transporta aprīkojuma.

 

Globālās piegādes ķēdes stiprumam ir nozīme

 

Piegādes ķēdes noturība nosaka aprīkojuma pieejamību kritiskās izvietošanas laikā. Cisco uztur vairāku avotu optisko komponentu piegādes ķēdes ar globālu izpildes infrastruktūru un vienas dienas{1}}nomaiņas iespēju. Šī dažādība samazina traucējumu risku, ja atsevišķi piegādātāji saskaras ar ierobežojumiem.

Kā tīkla iekārtu ražotājs, kas pārdod gan tīkla aprīkojumu, gan optiku, Cisco saprot, kā raiduztvērēji darbojas pilnās arhitektūrās. Uzņēmums kvalificē optiskos moduļus visā nozarē lielākajā maršrutētāju, slēdžu un serveru portfelī. Klienti var iegādāties Cisco optiku izmantošanai konkurentu aprīkojumā, nodrošinot saderību un veiktspēju neatkarīgi no platformas izvēles.

Atbalsts sniedzas visā dzīves ciklā. Tehniskās palīdzības komandas darbojas 24 stundas diennaktī visās globālajās apkalpošanas vietās, samazinot tīkla dīkstāves laiku, kad rodas problēmas. Nomaiņas moduļi tiek piegādāti tajā pašā-dienā, samazinot vidējo remonta laiku. Darbības atbalsta infrastruktūrai ir tikpat liela nozīme kā produkta uzticamībai tīkla darbības laika uzturēšanai.

Portfeļa plašums aptver lietojumprogrammas no 1 G līdz 800 G pilsētiņas, uzņēmuma, datu centru un pakalpojumu sniedzēju tīklos. Vairāki formas faktori-SFP, QSFP28, QSFP-DD, OSFP-atbalsta dažādus portu veidus un sasniedzamības prasības. Neatkarīgi no tā, vai tiek savienoti serveri plauktos, savienoti datu centri kilometros vai veidoti īpaši-ilgi-DWDM tīkli, pastāv atbilstoša optika.

Pēdējo desmit gadu laikā investīcijas optikas tehnoloģijā pārsniedz 6 miljardus ASV dolāru, iegādājoties Lightwire, Luxtera un Acacia. Šie ieguldījumi silīcijā, optikā un programmatūrā nodrošina paātrinātu inovāciju. Cisco Acacia nodaļa veido optiskos komponentus un ASIC, nodrošinot vertikālu integrāciju no mikroshēmu projektēšanas līdz sistēmas programmatūrai un pārvaldībai.

 

Veiktspējas mērogošana nākotnes prasībām

 

Tīkla trafika pieaugums nepārtraukti palielina joslas platumu. Aizmugurējās-datu centra datplūsma ik pēc diviem gadiem palielinās 10 reizes, un 800 G un 1,6 T ātruma ieviešana tiek paātrināta. AI ieguldījumi līdz 2030. gadam tuvojas 5,2 triljoniem USD, radot nepiesātināmu pieprasījumu pēc ātrdarbīgiem-optiskajiem starpsavienojumiem.

Cisco Silicon One nodrošina mērogošanas pamatu. Šī tīkla silīcija arhitektūra nodrošina augstu veiktspēju, zemu enerģijas patēriņu un elastību maršrutēšanas un komutācijas lietojumprogrammās. Jaunākā P200 mikroshēma sasniedz 51,2 Tbps caurlaidspēju, apstrādājot milzīgus AI trafika apjomus ar vairāk nekā 20 miljardiem pakešu sekundē. Dziļās bufera iespējas pārvalda trafika uzliesmojumus, kas raksturo AI darba slodzi.

Silīcija fotonika nodrošina ātru pāreju uz nākamās{0}}paaudzes ātrumu. Tehnoloģija, kas šodien nodrošina 800 G, rīt tiks mērogota līdz 1,6 T, izmantojot integrētu silīcija fotoniku. Uzņēmums Marvell demonstrēja 6,4 T 3D silīcija fotonikas dzinējus ar 32 kanāliem pie 200 G katrā, integrējot simtiem komponentu, tostarp transimpedances pastiprinātājus un draiverus vienā ierīcē. Šī modulārā pieeja ir no 1,6 T līdz 6,4 T un vairāk.

Co-packed optics (CPO) ir nākamā attīstība, integrējot fotoniskās integrālās shēmas tieši ar silīciju. Šī pieeja sola lielāku uzticamību, samazinot starpsavienojumu attālumus un novēršot pievienojamās saskarnes. Problēmas joprojām ir ražošanas ražīguma jomā, jo īpaši šķiedru piesaistē mērogā. Tūkstošiem-un optiskiem savienojumiem katrā iepakojumā ir nepieciešams ārkārtīgi liels ražīgums, lai izvairītos no lauka problēmām. Tehnoloģija laika gaitā nobriest, taču agrīnas ieviešanas laikā ir jāievēro piesardzība.

Lineārā{0}}pievadāmā optika (LPO) piedāvā alternatīvu ceļu. Pārvietojot signāla apstrādi, kas tradicionāli tiek veikta raiduztvērējā, uz slēdžu ASIC, LPO samazina enerģijas patēriņu un izmaksas, vienlaikus saglabājot pievienojamo moduļu nomaināmības priekšrocības. Kļūmju "uzliesmojuma rādiuss" paliek ierobežots salīdzinājumā ar CPO, kur komponentu problēmas ietekmē visas slēdžu apakšsistēmas.

 

Bieži uzdotie jautājumi

 

Kāpēc Cisco optika maksā vairāk nekā{0}}trešās puses alternatīvas?

Cisco optika tiek pakļauta visaptverošai testēšanai, kas pārsniedz nozares standartus,{0}}stresa testus attiecībā uz temperatūras, sprieguma un signāla izmaiņām, kuras vispārīgie moduļi izlaiž. Lauka atgriešanas rādītāji zem 100 ppm atspoguļo šo apstiprinājumu. AI infrastruktūrā, kur optiskās kļūmes var maksāt 30 000 USD par dīkstāves GPU minūtē, piemaksa par uzticamību kļūst niecīga salīdzinājumā ar dīkstāves izmaksām. Trešās puses moduļi, kas atbilst MSA atbilstībai, var darboties ideālos apstākļos, bet neizdosies ražošanas vidēs, kurās ir termisks stress vai elektriskās izmaiņas.

Vai varu izmantot Cisco optiku aprīkojumā, kas nav{0}}Cisco?

Jā. Cisco ir kvalificēti raiduztvērēji gan Cisco platformām, gan trešo pušu slēdžiem un maršrutētājiem. Vairāku ražotāju testēšana nodrošina dažādu iekārtu savietojamību, samazinot integrācijas risku. Daudzi klienti iegādājas Cisco optiku īpaši izmantošanai konkurentu tīkla aprīkojumā, lai iegūtu uzticamības priekšrocības, vienlaikus saglabājot pārdevēja izvēli pārslēgšanas un maršrutēšanas infrastruktūrai.

Kā silīcija fotonika uzlabo uzticamību salīdzinājumā ar diskrēto optiku?

Silīcija fotonika vienā mikroshēmā integrē vairākas optiskās funkcijas-modulācija, multipleksēšana, noteikšana-, samazinot komponentu skaitu un atteices punktus. Vafeļu-mēroga CMOS ražošana nodrošina konsekvenci, kas nav iespējama ar rokām-samontētiem diskrētiem moduļiem. Monolītā integrācija nodrošina precīzu komponentu izlīdzināšanu, samazinot signāla zudumu. Šī pieeja piesaista 40 gadus ilgus ieguldījumus silīcija ražošanā, lai nodrošinātu ražošanas briedumu, kas tieši nozīmē lauka uzticamību.

Kas padara AI tīklus prasīgākus attiecībā uz optiskajiem komponentiem?

AI darba slodzes nodrošina nepārtrauktu augstu noslodzi, nevis mainīgus slodzes modeļus, noslogojot komponentus bez atelpas. GPU temperatūra sasniedz 85 grādus, paātrinot optisko komponentu novecošanos. Apmācības darbos tiek izmantoti sinhronizēti GPU, kur vienas saites kļūdas liek veseliem klasteriem apstāties un restartēt no kontrolpunktiem, radot 40% veiktspējas sodu. Atšķirībā no tradicionālajiem tīkliem, kur TCP/IP apstrādā kļūdas, izmantojot atkārtotu pārraidi, AI nepārtrauktai darbībai prasa visaugstāko saites integritāti.

 

Uzticamības obligāta prasība

 

Tīkla arhitektūra arvien vairāk sākas ar optiku, nevis uztver raiduztvērējus kā piederumus. Datu pārraides ātrums, kas palielinās no 10 G līdz 800 G, padara optisko moduļu izvēli par ļoti svarīgu infrastruktūras jauninājumiem, šķiedru atkārtotas izmantošanas iespējām un misijai -kritisku savienojuma uzticamību. Optika ātri kļūst par lielāko kapitālieguldījumu tīklu veidošanā, jo silīcija attīstība padara slēdžu portus lētākus par vienu bitu ātrāk nekā optisko komponentu izmaksu līknes.

Organizācijām nepieciešama 99,99% pieejamība-maksimālais gada dīkstāves laiks vienam serverim 52 minūtes. Daži pieprasa 99,999% darbības laiku, ļaujot tikai 5,26 minūtes gadā neplānotas dīkstāves. Šie mērķi neatstāj rezervi komponentu kļūmēm. Ja vidējās stundas dīkstāves izmaksas pārsniedz 300 000 ASV dolāru un 98% organizāciju ziņo par vienas stundas pārtraukumiem, kas maksā vairāk nekā 100 000 ASV dolāru, optiskā uzticamība kļūst par biznesam būtisku, nevis tehnisku detaļu.

AI infrastruktūras prasību konverģence, pieaugošās joslas platuma prasības un nulles-tolerance pret dīkstāves laiku paaugstina optisko komponentu izvēli no pirkuma lēmuma līdz stratēģiskai izvēlei. Pārbaudes precizitāte, silīcija fotonikas integrācija, pārbaudīta veiktspēja- un visaptveroša atbalsta infrastruktūra nosaka, kuri tīkli sasniedz uzticamības mērķus un kuri piedzīvo dārgus pārtraukumus.