Yêu cầu tiêu thụ điện năng của mô-đun quang trung tâm dữ liệu
Dec 13, 2025|
Chi phí củamô-đun quang họcthực tế không phải là động lực lớn nhất đằng sau sự lựa chọn công nghệ của các trung tâm dữ liệu. Yếu tố đầu tiên là mức tiêu thụ điện năng, thứ hai là mật độ băng thông và thứ ba là chi phí.
Ngày nay, khi xây dựng trung tâm dữ liệu, các công ty thực tế đang cố gắng mua lại các nhà máy điện. Mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu thường được mô tả theo cách này: nó đã chiếm xx% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu, một con số đáng kinh ngạc.
Năm 2018, một tổ chức chuyên trách đã được thành lập để thúc đẩy việc giảm mức tiêu thụ năng lượng của trung tâm dữ liệu. Băng thông chuyển đổi tăng gấp đôi cứ sau ba năm. Với sự gia tăng theo cấp số nhân của băng thông chuyển mạch trung tâm dữ liệu, mức tiêu thụ năng lượng sẽ ngày càng trở nên đáng báo động, khiến việc giảm năng lượng trở thành xu hướng chính.
Tôi đã so sánh mức tiêu thụ điện năng của mô-đun quang với mức tiêu thụ củacông tắcbằng cách sử dụng tỷ lệ chuyển đổi.
Hiện tại, các switch 12.8T, sử dụngMô-đun quang 400G, có mức tiêu thụ điện năng tối thiểu là 8 pJ/bit.
Chúng ta có biết mục tiêu mong đợi của trung tâm dữ liệu là gì không?
Mục tiêu tiêu thụ năng lượng là 1 pJ/bit và mục tiêu chi phí là 0,1 USD/G. Cả hai con số đều vô cùng thách thức.
Bạn có nhớ mục tiêu của hai năm trước không? 1G với giá 1 đô la đã khiến nhiều người bị sốc và mặc dù tưởng chừng như đã lâu rồi nhưng điều đó đã đạt được. Chuỗi ngành đang phải vật lộn để đối phó với mức giá-đáy hiện tại củaMô-đun 100G, vậy nó sẽ tồn tại như thế nào khi giá 10G giảm xuống còn 1 USD? Mục tiêu tiêu thụ năng lượng là 1 pJ/bit có nghĩa là chuyển đổi quang-sang-điện 400G chỉ có thể tiêu thụ 0,4W. Từ góc độ của các mô-đun quang học hiện có, điều này thậm chí còn khó đạt được hơn mục tiêu chi phí.
Do đó, nhiều loại tia laser công suất thấp và chip điện tử công suất thấp-đã được phát triển. Nhiều phương pháp đóng gói năng lượng thấp-khác nhau cũng đã xuất hiện.
Bộ chuyển mạch đồng đóng gói quang điện tử của IBM có mức tiêu thụ năng lượng là 4 pJ/bit, sử dụng VCSEL và PD 16 mảng với tốc độ 56 Gb/s trên mỗi kênh.
| tham số | Giá trị |
|---|---|
| Số lượng kênh | 16 |
| Tỷ lệ | 56 Gb/giây |
| Định dạng | NRZ |
| Giao diện điện | XSR |
| Kết nối quang | 30 m @ OM4 |
| Tiêu thụ điện năng | 4 pJ/bit |
| Kích thước | 13 mm × 13 mm × 4 mm |
Tất nhiên, còn có một ý tưởng tối thượng mà tôi luôn muốn hiện thực hóa: tại sao chúng ta phải sử dụng chip chuyển đổi điện? Ý nghĩa của "trao đổi" chỉ đơn giản đề cập đến khả năng chuyển kênh giữa hai cổng I0 bất kỳ.
Cách đây rất lâu, đường truyền tín hiệu là dây cáp và việc chuyển mạch được thực hiện bằng cách sử dụng các mạch chuyển mạch bên trong các chip điện.
A
Sau đó, do hạn chế về băng thông và khoảng cách truyền dẫn cáp, cáp quang đã được đưa vào sử dụng để truyền dẫn. Điều này dẫn đến sự phát triển của một thành phần IO đáng chú ý, bộ thu phát, chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và ngược lại. Việc xử lý tín hiệu được xử lý bằng chip điện, trong khi việc truyền tín hiệu được thực hiện qua sợi quang.
B
Tại sao không đơn giản loại bỏ bước chuyển đổi quang điện trong bộ thu phát và thay vào đó sử dụng chuyển mạch quang? Điều đó sẽ tốt hơn nhiều.
Trước đây, các kênh chuyển mạch quang có số lượng ít, tổn thất cao, cồng kềnh nên việc thay thế hoàn toàn chip điện bằng chúng là vô cùng khó khăn. Tuy nhiên, hiện nay các công tắc quang tích hợp có số lượng kênh ngày càng tăng, kích thước ngày càng nhỏ hơn và cung cấp khả năng kiểm soát ánh sáng ngày càng chính xác.
Trong những năm tới, chúng ta sẽ thấy xu hướng trong đó hình thức của mô-đun quang trung tâm dữ liệu trở nên ít khác biệt hơn, với nhiều chức năng hơn được tích hợp và đóng gói gần chip chuyển mạch. Có lẽ trong một tương lai không{1}}quá{2}}xa, ngay cả chức năng thu phát để chuyển đổi quang điện cũng sẽ trở nên không cần thiết. Điều này sẽ dẫn đến giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng và chi phí.