Transceiver ottici per data center: Trend, sfide e influenze

Con il rapido sviluppo della comunicazione ottica e l'aumento degli investimenti nei dispositivi ottici negli ultimi anni, anche il mercato globale dei transceiver ottici si è sviluppato rapidamente. Nel 2018 il mercato globale dei transceiver ottici ha raggiunto i 6,3 miliardi di dollari, con un aumento del 12,5% rispetto al 2017. Si prevede che nel 2020 raggiungerà i 7,1 miliardi di dollari. Lo sviluppo dei moduli dei data center è strettamente legato alle apparecchiature ottiche e ai loro metodi di connessione. Questi due fattori determinano se e quanti transceiver ottici saranno necessari nei data center.

Trend dei transceiver ottici nei data center

Poiché le esigenze di velocità più elevate stanno aumentando a causa di applicazioni come il cloud compute e il 5G, le apparecchiature dei data center nelle diverse sedi devono adattarsi a questo cambiamento e migrare di conseguenza a velocità più elevate. Ad esempio, come mostra la migrazione della velocità degli switch di accesso ai server, l'accesso ai server aziendali è passato gradualmente da 1G-10G a 10G-25G nel 2014. Mentre l'accesso ai server mega cloud è passato gradualmente da 10G-40G a 25/50G-50/100G nel 2018.

Poiché le apparecchiature stanno diventando sempre più avanzate con velocità più elevate, è necessario che i moduli abbiano le stesse velocità di trasmissione dei dati per garantire le prestazioni complessive della rete. Dal 2008 la larghezza di banda dei transceiver per il campus dei data center è passata da 40G a 100G e anche oltre. Questi moduli sono progettati per supportare diverse applicazioni, come il 40G-LR4 per la trasmissione a 10 km e il 100G-CWDM4 per la trasmissione 100G a 2 km.

Con il passare del tempo, i moduli per data center con velocità più elevate, come 400G o 800G, diventeranno sempre più popolari. La figura seguente illustra le tendenze della transizione di una porta di switch nel periodo 2016-2021. È chiaro che 100G è il mainstream dal 2017 al 2019. Il 400G sarà fiorente dal 2019, seguito dall'800G a partire dal 2021. Durante questo periodo, il 200G è stato fuoco di paglia rispetto al 400G. Pertanto, il 200G non è stato aggiunto alla figura.

I data center stanno inoltre adottando strutture a spine-leaf piuttosto che la tradizionale struttura a tre livelli. La nuova struttura può massimizzare la connettività tra i server, costringendo il data center a passare a interconnessioni con velocità di dati più elevate e favorendo la rapida distribuzione di transceiver per data center ad alta velocità. Ecco una struttura spine-leaf data center con 200G e 400G distribuiti in modo prevedibile.

Sfide per i transceiver ottici dei data center

Con il rapido sviluppo dei data center, le sfide per la progettazione, la produzione, l'utilizzo e la manutenzione dei transceiver saranno sempre più impegnative.

Controllo dei costi

Non è facile controllare il costo del transceiver. La crescita del traffico nei data center accelera la necessità di apparecchiature di rete di nuova generazione. Questi dispositivi devono supportare una maggiore densità di porte e velocità. Questo spinge la necessità di una distribuzione su larga scala dei moduli ottici. Tuttavia, con l'aumento della velocità delle porte, aumenterà anche il costo per bit, soprattutto per quanto riguarda i transceiver, che rappresentano gran parte del costo totale dell'hardware. Ad esempio, il prezzo di un transceiver 400G di terze parti raggiunge diverse migliaia di dollari, per non parlare di uno OEM. E se i fornitori di servizi di rete devono implementare reti 400G su larga scala, il costo sarà estremamente elevato.

Progettazione e produzione dei moduli

Al giorno d'oggi, molte applicazioni ad alta velocità come il 5G comportano l'aumento della velocità delle porte negli switch e nei server dei data center, con conseguente aumento della capacità ASIC dei server e degli switch. La velocità del segnale elettrico passa quindi da 25Gb/s a 50Gb/s, 100Gb/s o superiore per consentire a tutta la capacità di entrare o uscire dall'ASIC. Ogni volta che la velocità aumenta, la sfida di spostare i segnali elettrici attraverso una scheda di linea fino al pannello frontale del router o dello switch diventa molto più grande, portando alla necessità di aumentare la velocità dei moduli in fibra ottica e alla complessità della progettazione e della produzione dei moduli.

Interoperabilità

I dispositivi di un data center sono normalmente forniti da diversi fornitori. Sebbene esistano requisiti di interfaccia standard per i transceiver ottici, i moduli ottici offerti da diversi fornitori sono dotati di diversi codici modulo. I transceiver offerti da un produttore potrebbero non essere compatibili con quelli di altri produttori. Anche se i fornitori di transceiver di terze parti sono gradualmente entrati in scena per risolvere il problema, la situazione di vendor-lock e l'interoperabilità di questi moduli rimangono un grosso problema.

Sostenibilità

Le apparecchiature dei data center generano molto calore durante il loro funzionamento. Il calore è difficile da dissipare e fa aumentare notevolmente la temperatura interna. In questo modo, le apparecchiature fisiche si trovano in un ambiente ad alta temperatura estremamente sfavorevole, che può facilmente causare guasti alle macchine o addirittura fermi macchina. Nei sistemi di data center, i moduli ottici ad alta densità generano anche una certa quantità di calore, con effetti negativi sul raffreddamento del data center. Pertanto, è particolarmente importante ridurre il consumo energetico dei moduli con l'aumento della velocità dei dati. Il supporto di moduli ottici ad alta velocità, alta densità e basso consumo diventerà una misura importante per lo sviluppo sostenibile dei data center.

Quali influenze avranno i transceiver per data center?

Con la necessità di transceiver ad alta velocità di trasmissione dati nel prossimo futuro, la quota di mercato dei moduli OEM si ridurrà a causa del loro costo elevato e del mercato non così maturo. Allo stesso tempo, è probabile che i transceiver di terze parti aumentino. Inoltre, è necessario un livello più alto per i fornitori di dispositivi di rete, che dovranno fornire dispositivi con un'ampia compatibilità.