Datacenter Optiske sammenkoblingsnetværk: En ende - til - slutperspektiv

Det moderne digitale landskab har været vidne til en hidtil uset transformation i, hvordan beregningsressourcer er organiseret, styret og anvendt. I hjertet af denne revolution ligger datacentret - et sofistikeret økosystem, der fungerer som rygraden i vores sammenkoblede verden. Når vi går videre til en æra med eksponentiel datavækst og stadig mere komplekse applikationer, står de traditionelle paradigmer for datacenterdesign og netværksarkitektur betydelige udfordringer, der kræver innovative løsninger.

Datacentre har udviklet sig fra enkle serverbedrifter til komplekse, meget orkestrerede miljøer, der understøtter alt fra grundlæggende webtjenester til avancerede applikationer til kunstig intelligens. Fremkomsten af ​​cloud computing, big data -analyse og reelle - tidsbehandlingskrav har grundlæggende ændret trafikmønstrene og præstationsforventningerne inden for disse faciliteter. Denne udvikling har skabt et presserende behov for mere sofistikerede sammenkoblingsteknologier, hvor optiske netværk fremkommer som en kritisk aktivering til næste - Generation Data Center Architectures.

Den udbredte vedtagelse og hurtige forbedring af videostreaming, satellitbilleder, peer - til - peer -datatransmission og lagringssystemer har resulteret i betydelig vækst i internettrafik. For fuldt ud at forstå værdipropositionen for optiske domæneløsninger i datacentermiljøer skal vi omfattende analysere, hvordan disse nye applikationer påvirker både intra - datacenter og inter - datacentertrafikmønstre.

Ud over anvendelser, der genererer absolut trafikvækst, såsom videostreaming, adskillige andre applikationer, herunder medicinsk scanning, virtual reality og fysisk simulering, erhverver, opbevarer og behandler stadig større mængder af data. Proliferation af sensorer i vores miljø indsamler og analyserer voksende datasæt med konstant forbedring af processorberegningsmuligheder, der yderligere fremskynder denne tendens.

Disse applikationer genererer massive datasæt, der enten behandles online under transmission eller gemmes til efterfølgende offline -behandling. Vores verden genererer eksponentielt stigende mængder data, og forskere søger aktivt optimale metoder til håndtering af disse massive datasæt til yderligere forudgående felter såsom mobil computing, personlige medier, maskinlæring og robotik.

Computervisionsapplikationer repræsenterer beregning - intensiv arbejdsbelastning med specifikke latenskrav i interaktive tilstande og udviser variabel, data - afhængige eksekveringsegenskaber. Generelt har disse applikationer egenskaber, der favoriserer parallelle behandlingsarkitekturer. Beregningsopgaven nedbrydning til videodetekteringsapplikationer viser, hvordan inputvideo -streams replikeres til forskellige analysemoduler, med resultater, der overføres til aggregeringsmoduler til beslutninger om endelig begivenhedsdetektering.

Båndbreddekravene mellem forskellige subtasker varierer markant, med videotatoverførselsrørledninger, der kræver væsentligt højere båndbredde end disse transmissionsanalyseresultater. Samtidig er mængden af ​​data, der kræver hurtig analyse, blevet enorm.

Som omtalt ovenfor driver nye applikationer stadig mere høje båndbredde -krav. Fra videnskabelige computerapplikationer til søgemaskiner og MapReduce -applikationer kræver alle massive intra - klyngekommunikationsbåndbredde. Så - kaldet Intra - Cluster Data Center Traffic, også kendt som East - West Traffic, vokser med hastigheder, der overstiger selv North - South Traffic (trafik, der kommer ind og forlader datacentre).

I 2011 nærmet forholdet mellem øst - vest til nord - sydtrafik i Microsoft -datacentre 4: 1. Med kontinuerligt voksende datacenter skalaer og applikationsbåndbredde krav, er det at opnå netværk, der fungerer tæt på Ideal All - til - All Connectivity er blevet en enorm udfordring. Traditionelle datacentre anvender typisk træ - netværksarkitekturer, hvor intra - rack interconnection båndbredde overstiger inter - rack båndbredde, hvilket skaber netværk over - abonnementsforhold.

Selvom datacentre teoretisk muliggør store - skalaudvidelse af opbevarings- og computersystemer (baseret på kommercielle standarder eller lav - omkostningsprocessorer), favoriserer denne arkitektur høj - båndwidth lokal kommunikation (tilstødende knudepunkt kommunikation) snarere end stor - skala global kommunikation. For at opnå højere kommunikationseffektivitet bliver parallel programinstallation derfor stadig vanskeligere, hvilket kræver tilpasning til passende computernoder til at rumme over - abonneret netværksarkitekturer.

Traditionelle hierarkiske træ topologier, selvom de er enkle at forstå og implementere, skaber iboende flaskehalse, der begrænser skalerbarhed og ydeevne. Over - abonnementsforhold, der er forbundet med disse designs, bliver stadig mere problematiske, da applikationer kræver mere ensartet, høj - båndbreddeforbindelse mellem vilkårlige knudepar.

Avancerede netværkstopologier såsom tæt netværk, fedt - træer og mesh -konfigurationer tilbyder forbedret bisection -båndbredde og reduceret over- abonnementsforhold. Disse topologier, når de implementeres med optiske sammenkoblingsteknologier, kan give nær - Ideal alle - til - Alle forbindelsesmønstre, der bedre matcher kommunikationskravene i moderne parallelle applikationer.

Implementeringen af ​​disse avancerede topologier kræver sofistikeret optisk switching- og routingfunktioner. Optisk kredsløbskift, optisk pakkeomskiftning og hybridelektro - Optiske tilgange hver tilbyder forskellige handel - offs med hensyn til ydeevne, kompleksitet og omkostninger. Valget af passende optiske netværksteknologier afhænger meget af specifikke applikationskrav og præstationsmål.