Bộ thu phát SFP đồng 10G cần ít năng lượng hơn

 

 

 

Sự phát triển của chip không ai nói đến

 

Tôi đã triển khai hàng trăm mô-đun này kể từ năm 2018 và sự khác biệt về khả năng tiêu thụ điện năng không chỉ là cải tiến về thông số kỹ thuật-bạn có thể cảm nhận được điều đó theo đúng nghĩa đen. Mô-đun thế hệ-đầu tiên tôi cài đặt tại cơ sở colocation chạy nóng đến mức nhóm vận hành phàn nàn về nhiệt độ xung quanh tăng đột biến ở lối đi lạnh lẽo. Chúng tôi không thể bố trí các cổng SFP+ liền kề. Giai đoạn.

Bước ngoặt đến với việc phát hành BCM84891 của Broadcom. Con chip đó giúp giảm mức tiêu thụ điện năng xuống khoảng 1,6W ở cự ly 30 mét và 2,0W khi chạy 80{9}}mét. Để so sánh, Marvell 88X3310 cũ hơn (biến thể không phải P) vẫn có công suất khoảng 3,3W thông thường. Marvell 88X3310P mới hơn đã giảm đáng kể điều đó, mặc dù lượng cung cấp không nhiều trong hầu hết năm 2023.

Điều quan trọng ở đây không chỉ là con số công suất trên biểu dữ liệu. Mỗi watt tiêu thụ bởi 10g đồngthu phát sfpnghĩa là tải làm mát tăng thêm khoảng hai watt. Nhân số đó trên 48-bộ chuyển mạch ToR cổng, sau đó mở rộng quy mô trên hàng trăm giá đỡ-sự khác biệt về OPEX sẽ trở nên đáng kể.

 

Triển khai-thế giới thực: khi phép toán bị hỏng

 

Đây là nơi tôi sẽ thừa nhận điều gì đó mà tài liệu của nhà cung cấp sẽ không cho bạn biết. Ngay cả với các mô-đun dưới 2,5W, bạn vẫn không thể lắp đặt đầy đủ mọi cổng SFP+ bằng bộ thu phát đồng trên hầu hết các thiết bị chuyển mạch thương mại. Ngân sách nhiệt đơn giản là không cho phép điều đó. Tôi đã thấy các thiết bị chuyển mạch dòng Cisco Nexus 9000 trong đó bộ phận hỗ trợ kỹ thuật khuyến nghị rõ ràng việc chừa khoảng trống giữa các cổng đông dân cư. Tài liệu của Arista về một số mẫu 7050 nhất định cũng gợi ý những hạn chế tương tự.

Việc tuân thủ Ethernet hiệu quả năng lượng IEEE 802.3az giúp ích phần nào. Các mô-đun này điều tiết năng lượng trong thời gian nhàn rỗi, trên thực tế có thể chiếm tới 60-70% thời gian hoạt động của mạng doanh nghiệp thông thường. Tuy nhiên, các kịch bản lưu lượng truy cập tăng vọt-cửa sổ sao lưu, di chuyển VM, công việc sao chép bộ nhớ-những kịch bản đó vẫn đẩy các mô-đun lên mức vẽ đầy đủ.

 

 

Độ trễ: sự đánh đổi-ẩn giấu

 

Hiệu quả sử dụng năng lượng phải trả giá và đó là điều hiếm khi xuất hiện trong các quyết định mua hàng. Bộ thu phát sfp đồng 10g có độ trễ khoảng 2,6μs trên mỗi bước nhảy do chi phí mã hóa IEEE 802.3an. Mô-đun SFP+ quang ở 850nm? Khoảng 0,1μs. Ngay cả cáp đôi DAC thụ động cũng có xung nhịp ở mức 0,3μs.

Đối với hầu hết khối lượng công việc của doanh nghiệp, không ai quan tâm. Nhưng tôi đã tư vấn cho hai công ty giao dịch tần số-cao, nơi mà độ trễ tích lũy qua ba hoặc bốn bước nhảy 10GBASE-T đã khiến đồng trở thành một lựa chọn tuyệt đối không-bắt đầu. Họ đã rút từng mô-đun đồng ra ngoài trong vòng một tháng kể từ khi triển khai.

Trường hợp sử dụng khác nhau, câu trả lời khác nhau. Đó là thực tế không mấy hấp dẫn của kỹ thuật mạng.

 

So sánh chip PHY: điều gì thực sự thúc đẩy việc tiêu thụ điện năng

 

Sự khác biệt về mức tiêu thụ điện năng giữa các thương hiệu bộ thu phát sfp đồng 10g khác nhau gần như hoàn toàn phụ thuộc vào nút xử lý và lựa chọn chip PHY. Phân tích nhanh dựa trên thử nghiệm tôi đã tiến hành và dữ liệu nhà cung cấp mà tôi tin tưởng:

Broadcom BCM84891L chạy mát nhất-thường là 1,5W ở 30m, tăng quy mô để chạy lâu hơn. Sự cân bằng-là khoảng cách tối đa 30m trên các bản sửa đổi chương trình cơ sở trước đó, mặc dù hiện đã có các phiên bản có khả năng-80m. Marvell AQR113C đạt khoảng 2,0-2,5W nhưng cung cấp khả năng tương thích tốt hơn trên nhiều loại thiết bị chủ hơn. Realtek RTL8261BE cũ hơn nằm ở khoảng giữa, mặc dù tôi thấy ít mô-đun sử dụng chipset đó hơn ở thị trường Bắc Mỹ.

Nút xử lý có tầm quan trọng rất lớn. Việc chuyển từ thiết kế PHY 40nm lên 28nm đã giảm mức tiêu thụ điện năng khoảng 40%. Các thiết kế mới nhất của Marvell ở tiến trình 16nm còn đẩy xa hơn nữa, mặc dù các mô-đun sử dụng những con chip này có mức giá cao hơn đáng kể.

 

Chất lượng và khoảng cách cáp: các biến số mà nhà cung cấp đánh giá thấp

 

Mức tiêu thụ điện năng của mô-đun không cố định-mà thay đổi theo chiều dài cáp và chất lượng cáp. Một bộ thu phát sfp đồng 10g được liên kết trên 10 mét cáp được bảo vệ Cat7 cao cấp sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể so với cùng một mô-đun được kết nối qua 25 mét Cat6a tầm thường.

Chip PHY hoạt động mạnh mẽ hơn để duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu trong thời gian dài hơn và cáp ồn hơn. Thuật toán sửa lỗi tiêu tốn chu kỳ xử lý. Chu kỳ xử lý tiêu thụ năng lượng. Mối quan hệ đơn giản nhưng lại là mối quan hệ mà các nhóm mua sắm luôn bỏ qua khi chỉ định hệ thống cáp cùng với việc mua bộ thu phát.

Tôi đã đo sự khác biệt từ 0,3W đến 0,4W giữa các mô-đun giống hệt nhau hoàn toàn dựa trên các lựa chọn cáp. Nghe có vẻ không nhiều cho đến khi bạn điền 500 cổng trong quá trình triển khai.

 

Phạm vi nhiệt độ và các biến thể công nghiệp

 

Thông số mô-đun 10GBASE-T thương mại tiêu chuẩn có phạm vi hoạt động từ 0 độ đến 70 độ . Các biến thể công nghiệp đẩy nhiệt độ đó lên -40 độ đến 85 độ, điều này quan trọng đối với các túp lều viễn thông, vỏ bọc ngoài trời và việc triển khai sàn sản xuất. Các mô-đun công nghiệp có giá cao hơn{10}thường là 30-40%-và mức tiêu thụ điện năng vẫn có thể so sánh được.

Điều gì thay đổi là hành vi khởi động. Các tình huống-khởi động nguội ở nhiệt độ cực thấp có thể gây ra hiện tượng tăng đột biến điện năng tạm thời khi chip PHY ổn định. Hầu hết các mô-đun hiện đại đều bao gồm chương trình cơ sở quản lý nhiệt giúp xử lý vấn đề này một cách khéo léo, nhưng các thiết bị công nghiệp cũ hơn có thể có hiện tượng liên kết bị nhấp nháy trong quá trình khởi động ban đầu ở môi trường lạnh.

 

 

Đàm phán tự động-nhiều tỷ lệ và ý nghĩa về sức mạnh

 

Mô-đun thu phát sfp đồng 10g hiện đại hỗ trợ hoạt động-nhiều tốc độ-10G/5G/2.5G/1G{10}}tự động đàm phán qua một kết nối RJ45. Tiêu chuẩn IEEE 802.3bz đã hệ thống hóa tốc độ trung bình và hầu hết các mô-đun thế hệ{13}hiện tại đều tuân thủ. Đây là điều quan trọng xét từ góc độ năng lượng: giảm xuống chế độ 2.5GBASE-T hoặc NBASE{17}}T giúp giảm mức tiêu thụ điện năng khoảng 15-20% so với hoạt động hoàn toàn 10GBASE-T.

Một số hoạt động triển khai có chủ ý tận dụng điều này. Một quản trị viên lưu trữ mà tôi làm việc cùng năm ngoái đã định cấu hình các liên kết NAS của cô ấy ở mức 5G thay vì 10G-các yêu cầu về thông lượng thực tế không bao giờ vượt quá 4Gbps được duy trì và mức tiết kiệm điện trên 24 mô-đun lên tới tổng cộng khoảng 8W. Không mang tính biến đổi nhưng có ý nghĩa đối với một cơ sở nhỏ có công suất PDU hạn chế.

Chức năng giám sát chẩn đoán kỹ thuật số SFF-8472 được tích hợp trong các mô-đun tuân thủ cho phép bạn theo dõi mức tiêu thụ điện năng theo thời gian thực cùng với chất lượng tín hiệu và nhiệt độ. Đáng để kích hoạt trên bất kỳ switch nào hỗ trợ nó.

 

Giá trị ngoại lệ 1,1W: các ứng dụng bị hạn chế SWaP{1}}

 

Một nhà sản xuất-BotBlox-tuyên bố rằng mô-đun SFP 10GBASE-T 1,1W được thiết kế đặc biệt cho máy bay không người lái, robot và các ứng dụng dưới biển. Các ràng buộc về Kích thước, Trọng lượng và Công suất (SWaP) trong các môi trường này khiến các mô-đun 2,5W tiêu chuẩn trở nên không thực tế. Cá nhân tôi chưa thử nghiệm các thiết bị này nên tôi không thể đảm bảo về hiệu suất-thực tế, nhưng cách tiếp cận này rất hợp lý: thiết kế lại toàn bộ mạch bên trong thay vì chờ quy trình chip tiếp theo thu gọn lại.

Chúng sẽ không thay thế việc triển khai trung tâm dữ liệu. Nhưng họ chứng minh rằng mức sàn 2-2,5W không phải là giới hạn vật lý cơ bản-đó là điểm tối ưu hóa kinh tế cho các thị trường phổ thông.

 

Khi đồng vẫn thua

 

Mặc dù đã cải tiến về công suất, bộ thu phát sfp đồng 10g vẫn không phù hợp trong một số trường hợp. Các ứng dụng ống nâng dọc trong tòa nhà-các hạn chế về độ dài cáp và cân nhắc EMI ưu tiên cáp quang. Đường trục của trường liên kết vượt quá 100 mét-rõ ràng là lãnh thổ cáp quang. Bất kỳ hoạt động triển khai nào yêu cầu độ trễ dưới 1μs mỗi bước nhảy.

Các mô-đun này cũng chưa bao giờ đạt được mức giá tương đương với quang học 10G-SR. Bộ thu phát 10GBASE-T chất lượng có chi phí gấp khoảng 6-8 lần so với mô-đun SFP+ 850nm tương đương. Phương trình chi phí chỉ có ý nghĩa khi cơ sở hạ tầng Cat6a/Cat7 hiện tại bù đắp được phí bảo hiểm trên mỗi cổng hoặc khi kết nối điểm cuối RJ45 thúc đẩy yêu cầu.

 

 

Hướng đi trong tương lai: 25GBASE-T và chia tỷ lệ công suất

 

Ngành đang hướng tới 25GBASE{1}}T và những dấu hiệu ban đầu cho thấy mức tiêu thụ điện năng sẽ nằm trong khoảng từ 3W đến 5W đối với các mô-đun thế hệ-đầu tiên. Lịch sử cho thấy con số này sẽ giảm đáng kể trong vòng 3-4 năm nữa khi các thiết kế chip hoàn thiện.

Hiện tại, 10GBASE-T ở mức phụ-2,5W thể hiện một điểm lý tưởng thực tế-hiệu suất năng lượng đủ để triển khai ở mật độ vừa phải, khả năng tương thích rộng rãi với cơ sở hạ tầng cáp hiện có và silicon đủ trưởng thành để ổn định phần lớn tình trạng gián đoạn chuỗi cung ứng.

Các mô-đun không hoàn hảo. Họ sẽ không bao giờ như vậy. Tuy nhiên, những cải tiến về hiệu suất sử dụng năng lượng kể từ năm 2018 đã chuyển chúng từ "giải pháp thỉnh thoảng cho trường hợp khó khăn" sang "tùy chọn-lựa chọn đầu tiên hợp pháp” cho khả năng kết nối trong-giá đỡ và-giá đỡ liền kề trong môi trường có đường dẫn đồng đã được thiết lập.

Đó là một sự thay đổi có ý nghĩa, ngay cả khi các cuộc thảo luận kỹ thuật hiếm khi nhận được sự quan tâm xứng đáng.