互聯(lián)網(wǎng)數據中心網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)方式選擇：DAC\AOCX線(xiàn)纜、DSP\LPO光模塊

  ICC訊 在現代數據中心的3層CLOS網(wǎng)絡(luò )架構中，Spine與Leaf層級以及Leaf與ToR(Top of Rack)層級間的互聯(lián)鏈路，其長(cháng)度一般限定在2公里以?xún)?，尤其Leaf與TOR之間的物理鏈接往往不超過(guò)區區10米。這類(lèi)涉及到短距和長(cháng)距光模塊的鏈路占據了集群內全部物理鏈路的三分之一;而服務(wù)器網(wǎng)卡與TOR交換機間的直連鏈路雖然也在10米以?xún)?，卻占據了總鏈路數目的三分之二，這些鏈路主要依賴(lài)于DAC(Direct Attach Cable)或AOC(Active Optical Cable)完成連接。

  網(wǎng)卡與TOR交換機互聯(lián)網(wǎng)方案

  AOC因其輕量化設計、傳輸距離遠達300米、布線(xiàn)靈活且不受電磁干擾的影響等諸多優(yōu)勢備受矚目，但因其集成了精密的光收發(fā)器件，成本相對較高。AOC的核心構造包括一對光收發(fā)器及中間的一段光纜，兩端的光收發(fā)芯片負責將電信號轉化為光信號并通過(guò)光纖進(jìn)行高效傳輸。AOC所使用的多模光纖及VCSEL光源確保了較低的信號衰減，顯著(zhù)提升了傳輸距離，并允許用戶(hù)按需定制長(cháng)度。

  相比之下，DAC憑借其銅質(zhì)鍍銀導體與發(fā)泡絕緣芯線(xiàn)的構造，無(wú)需光電轉換芯片，成本優(yōu)勢明顯，TCO僅約為AOC方案的五分之一，同時(shí)具備高可靠性和更優(yōu)的時(shí)延表現。然而，受限于銅介質(zhì)本身的物理特性，DAC的有效傳輸距離較短，尤其是在速率從400G升級至800G的過(guò)程中，傳輸距離將進(jìn)一步縮減至2米左右。

  阿里巴巴集團早在2018年就開(kāi)始著(zhù)力研發(fā)白盒交換機和優(yōu)化版DAC，不僅通過(guò)創(chuàng )新的ToR中置布局減少了短距線(xiàn)纜的使用，還引入尼龍編織外被替換傳統PVC材質(zhì)，增強了線(xiàn)纜柔韌性和彎曲半徑，從而提升了整體的易用性和穩定性。

  盡管如此，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )速率和帶寬的持續攀升，DAC在應對機柜內布線(xiàn)長(cháng)度和密度挑戰上顯得力不從心。銅纜的損耗隨速率提高而增大，導致支持的傳輸距離愈發(fā)有限。特別是通道數的增加會(huì )導致線(xiàn)纜體積迅速膨脹，給機柜內的布線(xiàn)管理及散熱帶來(lái)難題。

  為突破傳統DAC在高帶寬和長(cháng)距離傳輸上的瓶頸，業(yè)界正逐步轉向“電中繼”解決方案如ACC(Active Copper Cable)或AEC(Active Electrical Cable)，亦或是繼續采用“電轉光”的AOC方案。ACC和AEC的成本與功耗居于無(wú)源DAC和有源AOC之間，在特定速率區間提供了理想的折衷選擇。然而，當速率提升至112G-PAM4級別時(shí)，需配備具備CDR功能的re-timer甚至基于DSP的方案，這無(wú)疑將增加傳輸延時(shí)和功耗負擔。

  為了緊跟數據中心東西流量快速增長(cháng)的步伐，滿(mǎn)足高帶寬、高密度互連的應用需求，并力求更低的能耗與成本，各大互聯(lián)網(wǎng)巨頭加大了對新一代DAC技術(shù)的投資力度，旨在開(kāi)發(fā)出適合更廣泛場(chǎng)景的直接連接銅纜解決方案。

  TOR與LEAF，LEAF與SPIN互聯(lián)方案

  TOR與LEAF，LEAF與SPIN互聯(lián)，一般采用光模塊，作為光通信網(wǎng)絡(luò )的心臟組件，承擔著(zhù)光電轉換的關(guān)鍵任務(wù)。它在發(fā)送端將電信號經(jīng)過(guò)驅動(dòng)芯片處理并借助激光器轉變?yōu)榉€定調制的光信號，令信息能在光纖中高速傳輸;而在接收端，則將光信號還原為電信號，并通過(guò)前置放大器輸出。

  DSP(Digital Signal Processing)芯片則是現代通信技術(shù)中的強大引擎，具備高速處理數字信號的能力。特別是在光通信領(lǐng)域，隨著(zhù)速率達到50Gb/s以上，光纖偏振模色散效應顯著(zhù)增強，對信號質(zhì)量和傳輸距離構成嚴重威脅。此時(shí)，集成CDR功能的DSP芯片就成為對抗與補償此類(lèi)失真的關(guān)鍵，尤其在200G以上的光模塊中幾乎是不可或缺的部分。

  DSP芯片根據不同調制方式可分為PAM4 DSP和相干DSP兩類(lèi)。PAM4 DSP采用4個(gè)不同幅度的電平進(jìn)行信號傳輸，每個(gè)符號承載2比特信息，適用于數據中心內部的短距離互聯(lián)，目前主流規格覆蓋了100G至800G范圍。而相干DSP芯片利用相干調制和外差檢測技術(shù)，特別適合長(cháng)距離傳輸，常應用于數據中心間互聯(lián)及電信市場(chǎng)，當前最高可達400G帶寬，雖研發(fā)進(jìn)度相較于PAM4略顯滯后，但其潛力巨大。

  另一種值得關(guān)注的光模塊技術(shù)——LPO(Linear-drive Pluggable Optics)摒棄了CDR或DSP設計，采用線(xiàn)性模擬元件及具備EQ功能的TIA和DRIVER芯片，極大地降低了功耗和延遲，但在誤碼率和傳輸距離方面有所妥協(xié)。LPO適用于數據中心內部如服務(wù)器至交換機的短距離連接，甚至是高性能計算中心(HPC)中GPU間的高速互聯(lián)。隨著(zhù)LPO技術(shù)的成熟及大規模量產(chǎn)，預計在800G時(shí)代，其低成本特性或將對DSP芯片市場(chǎng)產(chǎn)生重大沖擊，并有望在特定場(chǎng)景下引領(lǐng)未來(lái)光通信的發(fā)展趨勢。