Οι πομποδέκτες SFP από χαλκό 10G απαιτούν λιγότερη ισχύ

 

 

 

Για την εξέλιξη του τσιπ κανείς δεν μιλάει

 

Έχω αναπτύξει εκατοντάδες από αυτές τις μονάδες από το 2018 και η διαφορά στην κατανάλωση ισχύος δεν είναι απλώς μια βελτίωση του φύλλου προδιαγραφών-μπορείτε να την αισθανθείτε κυριολεκτικά. Οι μονάδες πρώτης-γενιάς που εγκατέστησα σε μια εγκατάσταση συντοπισμού ήταν τόσο ζεστές που η ομάδα επιχειρήσεων παραπονέθηκε για αυξήσεις θερμοκρασίας περιβάλλοντος στον κρύο διάδρομο. Δεν μπορέσαμε να συμπληρώσουμε παρακείμενες θύρες SFP+. Περίοδος.

Το σημείο καμπής ήρθε με την κυκλοφορία του BCM84891 της Broadcom. Αυτό το τσιπ μείωσε την κατανάλωση ενέργειας σε περίπου 1,6 W στα 30 μέτρα και 2,0 W κατά την ώθηση σε διαδρομές 80-μέτρων. Για σύγκριση, το παλαιότερο Marvell 88X3310 (παραλλαγή που δεν είναι P) εξακολουθεί να έχει τυπικά περίπου 3,3 W. Το νεότερο Marvell 88X3310P έπεσε αρκετά, αν και η διαθεσιμότητα ήταν ανεπαρκής κατά το μεγαλύτερο μέρος του 2023.

Αυτό που έχει σημασία εδώ δεν είναι μόνο η τιμή ισχύος σε ένα φύλλο δεδομένων. Κάθε watt καταναλώνεται από 10g χαλκούπομποδέκτης sfpμεταφράζεται σε περίπου δύο επιπλέον watt ψυκτικού φορτίου. Πολλαπλασιάστε το σε διακόπτες ToR 48-θυρών και, στη συνέχεια, κλιμακώστε σε εκατοντάδες rack - η διαφορά OPEX γίνεται ουσιαστική.

 

Πραγματική-ανάπτυξη: όταν τα μαθηματικά καταρρέουν

 

Εδώ θα παραδεχτώ κάτι που δεν θα σας πει η τεκμηρίωση του προμηθευτή. Ακόμη και με μονάδες κάτω των 2,5 W, εξακολουθείτε να μην μπορείτε να συμπληρώσετε πλήρως κάθε θύρα SFP+ με χάλκινους πομποδέκτες στους περισσότερους εμπορικούς διακόπτες. Ο θερμικός προϋπολογισμός απλά δεν το επιτρέπει. Έχω δει διακόπτες της σειράς Cisco Nexus 9000 όπου η τεχνική υποστήριξη συνιστά ρητά να αφήνονται κενά μεταξύ των συμπληρωμένων θυρών. Η τεκμηρίωση του Arista για ορισμένα μοντέλα 7050 υποδηλώνει παρόμοιους περιορισμούς.

Η συμμόρφωση με ενεργειακά αποδοτικό Ethernet IEEE 802.3az βοηθά κάπως. Αυτές οι μονάδες μειώνουν την ισχύ του γκαζιού κατά τις περιόδους αδράνειας, κάτι που ρεαλιστικά καλύπτει ίσως το 60-70% του χρόνου λειτουργίας ενός τυπικού εταιρικού δικτύου. Όμως, σενάρια ριπής κυκλοφορίας-εφεδρικά παράθυρα, μετεγκαταστάσεις VM, εργασίες αναπαραγωγής αποθήκευσης - αυτά εξακολουθούν να ωθούν τις μονάδες στην πλήρη έλξη.

 

 

Latency: η κρυφή ανταλλαγή-απενεργοποιείται

 

Η απόδοση ισχύος είχε κόστος και είναι κάτι που σπάνια εμφανίζεται στις αποφάσεις αγοράς. Ο πομποδέκτης χάλκινου sfp 10g εισάγει περίπου 2,6μs λανθάνοντος χρόνου ανά hop λόγω της επιβάρυνσης κωδικοποίησης IEEE 802.3an. Οπτικές μονάδες SFP+ στα 850nm; Περίπου 0,1μs. Ακόμη και τα παθητικά καλώδια DAC twinax έχουν ταχύτητα 0,3 μs.

Για τους περισσότερους φόρτους εργασίας της επιχείρησης, κανείς δεν ενδιαφέρεται. Αλλά έχω συμβουλευτεί δύο εταιρείες εμπορίας υψηλής-συχνότητας όπου η συσσωρευμένη καθυστέρηση σε τρία ή τέσσερα λυκίσκου 10GBASE-T έκανε τον χαλκό απολύτως μη-εναρκτήριο. Έβγαλαν κάθε μονάδα χαλκού μέσα σε ένα μήνα από την ανάπτυξη.

Διαφορετική περίπτωση χρήσης, διαφορετική απάντηση. Αυτή είναι η μη σέξι πραγματικότητα της μηχανικής δικτύων.

 

Σύγκριση τσιπ PHY: τι πραγματικά οδηγεί στην κατανάλωση ενέργειας

 

Η διακύμανση στην κατανάλωση ενέργειας μεταξύ διαφορετικών εμπορικών σημάτων πομποδέκτη χαλκού sfp 10g οφείλεται σχεδόν αποκλειστικά στην επιλογή τσιπ PHY και στον κόμβο διεργασίας. Μια γρήγορη ανάλυση με βάση τις δοκιμές που έχω πραγματοποιήσει και τα δεδομένα προμηθευτή που εμπιστεύομαι:

Το Broadcom BCM84891L τρέχει πιο cool-συνήθως 1,5 W στα 30 μέτρα, αυξάνοντας την κλιμάκωση για μεγαλύτερες διαδρομές. Η ανταλλαγή-είναι η μέγιστη απόσταση 30 μέτρων σε προηγούμενες αναθεωρήσεις υλικολογισμικού, αν και υπάρχουν τώρα εκδόσεις με δυνατότητα 80 μέτρων. Το Marvell AQR113C φτάνει περίπου τα 2,0-2,5 W, αλλά προσφέρει καλύτερη συμβατότητα σε ένα ευρύτερο φάσμα συσκευών κεντρικού υπολογιστή. Το παλαιότερο Realtek RTL8261BE βρίσκεται κάπου στη μέση, αν και έχω δει λιγότερες μονάδες που χρησιμοποιούν αυτό το chipset στην αγορά της Βόρειας Αμερικής.

Ο κόμβος διαδικασίας έχει τεράστια σημασία. Το άλμα από τα σχέδια PHY από 40nm σε 28nm μείωσε την κατανάλωση ενέργειας κατά περίπου 40%. Τα τελευταία σχέδια της Marvell στα 16 nm το προωθούν περαιτέρω, αν και οι μονάδες που χρησιμοποιούν αυτά τα τσιπ προσφέρουν σημαντικά ασφάλιστρα στις τιμές.

 

Ποιότητα καλωδίου και απόσταση: οι μεταβλητές υποτιμούν οι πωλητές

 

Η κατανάλωση ενέργειας της μονάδας δεν είναι στατική-αλλά κλιμακώνεται ανάλογα με το μήκος και την ποιότητα του καλωδίου. Ένας χάλκινος πομποδέκτης sfp 10g συνδεδεμένος πάνω από 10 μέτρα θωρακισμένου καλωδίου Cat7 premium θα αντλεί μετρήσιμα λιγότερη ενέργεια από την ίδια μονάδα που συνδέεται μέσω μέτριας Cat6a μήκους 25 μέτρων.

Το τσιπ PHY λειτουργεί σκληρότερα για να διατηρεί την ακεραιότητα του σήματος σε μεγαλύτερες διαδρομές και καλώδια με πιο θορυβώδη. Οι αλγόριθμοι διόρθωσης σφαλμάτων καταναλώνουν κύκλους επεξεργασίας. Οι κύκλοι επεξεργασίας καταναλώνουν ενέργεια. Απλή σχέση, αλλά αυτή που οι ομάδες προμηθειών αγνοούν συνεχώς όταν καθορίζουν την καλωδίωση παράλληλα με τις αγορές πομποδέκτη.

Έχω μετρήσει διαφορές 0,3W έως 0,4W μεταξύ πανομοιότυπων μονάδων με βάση καθαρά τις επιλογές καλωδίωσης. Δεν ακούγεται πολύ μέχρι να συμπληρώσετε 500 θύρες σε μια ανάπτυξη.

 

Εύρος θερμοκρασίας και βιομηχανικές παραλλαγές

 

Εύρος λειτουργίας τυπικών εμπορικών μονάδων 10GBASE-Τ από 0 μοίρες έως 70 μοίρες . Οι βιομηχανικές παραλλαγές το πιέζουν σε -40 μοίρες έως 85 μοίρες , κάτι που έχει σημασία για τις τηλεπικοινωνιακές καλύβες, τα εξωτερικά περιβλήματα και τις εγκαταστάσεις στο δάπεδο της κατασκευής. Οι βιομηχανικές μονάδες κοστίζουν περισσότερο{10}}συνήθως 30-40% premium-και το προφίλ κατανάλωσης ενέργειας παραμένει συγκρίσιμο.

Αυτό που αλλάζει είναι η συμπεριφορά εκκίνησης. Τα σενάρια κρύας-εκκίνησης σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν προσωρινές αιχμές ισχύος καθώς σταθεροποιείται το τσιπ PHY. Οι περισσότερες σύγχρονες μονάδες περιλαμβάνουν υλικολογισμικό διαχείρισης θερμότητας που το χειρίζεται με χάρη, αλλά τα παλαιότερα βιομηχανικά αποθέματα μπορούν να εμφανίσουν πτύχωση σύνδεσης κατά την αρχική προθέρμανση σε ψυχρά περιβάλλοντα.

 

 

Αυτόματη-διαπραγμάτευση πολλαπλών-ρυθμών και συνέπειες ισχύος

 

Οι σύγχρονες μονάδες πομποδέκτη χάλκινου sfp 10 g υποστηρίζουν λειτουργία πολλαπλών ρυθμών-10G/5G/2,5G/1G αυτόματης{10}}διαπραγμάτευσης σε μία μόνο σύνδεση RJ45. Το πρότυπο IEEE 802.3bz κωδικοποίησε τις ενδιάμεσες ταχύτητες και οι περισσότερες τρέχουσες μονάδες-της γενιάς συμμορφώνονται. Εδώ είναι τι έχει σημασία από την άποψη της ισχύος: η πτώση στις λειτουργίες 2,5GBASE-T ή NBASE-T μειώνει την κατανάλωση ενέργειας κατά περίπου 15-20% σε σύγκριση με την πλήρη λειτουργία 10GBASE-T.

Ορισμένες αναπτύξεις το χρησιμοποιούν σκόπιμα. Ένας διαχειριστής αποθήκευσης με τον οποίο συνεργάστηκα πέρυσι διαμόρφωσε τους συνδέσμους NAS της σε 5G αντί για 10G-οι πραγματικές απαιτήσεις απόδοσης δεν υπερέβαιναν ποτέ τα 4 Gbps και η εξοικονόμηση ενέργειας σε 24 μονάδες ανήλθε σε περίπου 8 W συνολικά. Δεν μετασχηματίζει, αλλά έχει νόημα για μια μικρή εγκατάσταση με περιορισμένη χωρητικότητα PDU.

Η παρακολούθηση ψηφιακού διαγνωστικού ελέγχου SFF-8472 που είναι ενσωματωμένη σε συμβατές μονάδες σάς επιτρέπει να παρακολουθείτε την κατανάλωση ενέργειας σε πραγματικό χρόνο παράλληλα με τη θερμοκρασία και την ποιότητα του σήματος. Αξίζει να το ενεργοποιήσετε σε οποιονδήποτε διακόπτη που το υποστηρίζει.

 

Η ακραία τιμή 1,1 W: SWaP-περιορισμένες εφαρμογές

 

Ένας κατασκευαστής-BotBlox- ισχυρίζεται ότι μια μονάδα 1.1W 10GBASE-T SFP έχει σχεδιαστεί ειδικά για drones, ρομποτική και υποθαλάσσιες εφαρμογές. Οι περιορισμοί μεγέθους, βάρους και ισχύος (SWaP) σε αυτά τα περιβάλλοντα καθιστούν τις τυπικές μονάδες 2,5 W μη πρακτικές. Δεν έχω δοκιμάσει προσωπικά αυτές τις μονάδες, επομένως δεν μπορώ να εγγυηθώ για την πραγματική-παγκόσμια απόδοση, αλλά η προσέγγιση είναι λογική: επανασχεδιάστε πλήρως το εσωτερικό κύκλωμα αντί να περιμένετε τη συρρίκνωση της επόμενης διαδικασίας τσιπ.

Αυτά δεν θα αντικαταστήσουν τις αναπτύξεις κέντρων δεδομένων. Ωστόσο, αποδεικνύουν ότι το δάπεδο των 2-2,5 W δεν είναι ένα θεμελιώδες όριο φυσικής - είναι ένα σημείο οικονομικής βελτιστοποίησης για τις κύριες αγορές.

 

Όταν ο χαλκός εξακολουθεί να χάνει

 

Παρά τις βελτιώσεις ισχύος, ο χάλκινος πομποδέκτης sfp 10g παραμένει ακατάλληλος για πολλά σενάρια. Οι εφαρμογές κάθετης ανύψωσης εντός κτιρίων-οι περιορισμοί μήκους καλωδίου και οι εκτιμήσεις EMI ευνοούν την ίνα. Η ραχοκοκαλιά της πανεπιστημιούπολης συνδέεται προφανώς πέραν των 100 μέτρων-προφανώς από ίνα. Οποιαδήποτε ανάπτυξη που απαιτεί καθυστέρηση κάτω από 1μs ανά hop.

Επίσης, οι μονάδες δεν πέτυχαν ποτέ ισοτιμία τιμής με οπτικά 10G-SR. Ένας ποιοτικός πομποδέκτης 10GBASE-T τρέχει περίπου 6-8 φορές το κόστος των ισοδύναμων μονάδων SFP+ 850nm. Η εξίσωση κόστους έχει νόημα μόνο όταν η υπάρχουσα υποδομή Cat6a/Cat7 αντισταθμίζει το premium ανά θύρα ή όταν η συνδεσιμότητα τελικού σημείου RJ45 καθορίζει την απαίτηση.

 

 

Μελλοντική κατεύθυνση: 25GBASE-Τ και κλιμάκωση ισχύος

 

Ο κλάδος πιέζει προς τα 25GBASE-T και οι πρώτες ενδείξεις υποδηλώνουν ότι η κατανάλωση ενέργειας θα φτάσει κάπου μεταξύ 3W και 5W για τις μονάδες πρώτης- γενιάς. Η ιστορία δείχνει ότι ο αριθμός αυτός θα μειωθεί σημαντικά μέσα σε 3-4 χρόνια καθώς ωριμάζουν τα σχέδια των τσιπ.

Προς το παρόν, τα 10GBASE-T στα υπο-2,5W αντιπροσωπεύουν ένα πρακτικό γλυκό σημείο-επαρκούς απόδοσης ισχύος για αναπτύξεις μέτριας πυκνότητας, ευρεία συμβατότητα με την υπάρχουσα υποδομή καλωδίωσης και αρκετά ώριμο πυρίτιο ώστε οι διακοπές της αλυσίδας εφοδιασμού να έχουν σταθεροποιηθεί σε μεγάλο βαθμό.

Οι μονάδες δεν είναι τέλειες. Δεν θα είναι ποτέ. Ωστόσο, οι βελτιώσεις στην απόδοση ισχύος από το 2018 τα έχουν μετακινήσει από την "περιστασιακή λύση περιβλήματος άκρων" στη "νόμιμη πρώτη-επιλογή επιλογής" για συνδεσιμότητα εντός-ρραφιού και γειτονικού-rack σε περιβάλλοντα με καθιερωμένες χάλκινες διαδρομές.

Αυτή είναι μια σημαντική αλλαγή, ακόμα κι αν οι τεχνικές συζητήσεις σπάνια τραβούν την προσοχή που τους αξίζει.