7/03/2024，光纖在線訊，文章來源：逍遙科技

簡介
    過去幾十年來，超大規(guī)模數據中心的興起徹底改變了全球互聯網服務，促進了網絡搜索、電子商務、社交媒體和云計算等領域的創(chuàng)新。最近，機器學習工作負載進一步強調了大規(guī)模數據中心計算能力的重要性。數據中心網絡是這一切的核心，提供了高效執(zhí)行這些功能和服務所需的連接性和規(guī)模。

傳統(tǒng)的數據中心網絡架構
    傳統(tǒng)的數據中心網絡采用基于數據包的 Clos 拓撲，也稱為 ”脊葉架構”。在這種架構中，機架上的計算服務器連接到機架頂部（ToR）的葉子交換機，然后通過匯聚層連接到以太網分組交換機（EPS）的脊柱。雖然這已成為行業(yè)標準，但 EPS 設備耗電量很大。圖 1a 展示了一個傳統(tǒng)的數據中心網絡，其中基于 EPS 的骨干塊連接匯聚塊 （AB），ToR 交換機使用并行光纖與 AB 相連。

引入光路交換
    作為一種替代方案，研究人員探索將光路交換機（OCS）納入數據中心網絡。OCS 設備具有以下幾個優(yōu)點：
1. 數據速率和波長無關 
2. 低功耗
3. 低延遲  

    基于 MEMS 的 OCS 系統(tǒng)使用傾斜鏡陣列將光線從輸入端口轉向輸出端口（圖 4），在以合理的成本擴展到數據中心所需的高端口數方面前景最為廣闊。

    然而，數據中心的要求對 OCS 硬件提出了挑戰(zhàn)：
- 更快的開關時間（商用 OCS 通常為 10-20 毫秒）  
- 更低的插入損耗和回波損耗
- 寬波長范圍操作
- 嚴格的非阻塞架構
- 更低的成本

      
圖 1. 網絡架構的演變
谷歌的阿波羅 OCS 平臺
    谷歌的 Apollo 代表了 OCS 在數據中心網絡中的首次大規(guī)模部署。在近十年的生產過程中，Apollo 已成為谷歌數據中心的骨干網，支持所有使用案例。 

Apollo 平臺的關鍵組件包括：
- Palomar： 谷歌內部開發(fā)的 OCS
- 光環(huán)行器 
- 支持雙向鏈接的定制波分復用光學收發(fā)器

    在 Apollo 的架構中，OCS 層取代了 EPS 主干塊，通過配線架連接葉交換機（圖 1b）。這種直接連接拓撲結構的功能是光交叉連接，而不是分組交換。

    使用波分復用器和單模光纖環(huán)行器，可在每個 OCS 端口/光纖上實現全雙工通信，與使用并行單模光纖相比，效率提高了一倍。OCS 層的布置為傳統(tǒng)的靜態(tài) Clos 網絡提供了靈活性。

谷歌阿波羅 OCS 的優(yōu)勢
    谷歌通過創(chuàng)新克服了 OCS 的典型缺點：
1. 高昂的前期成本 - 數據中心需求的增加可以通過規(guī)模經濟降低成本。
2. 插入損耗 - Apollo 的 136x136 OCS 無阻塞，功耗僅為 108W，而同等 136 端口的 EPS 功耗為 3000W。
3. 重新配置速度慢 - 交換速度更快，靈活性更高。
4. 缺乏插件支持 - Apollo 可向前和向后兼容谷歌數據中心的任何帶寬或波長。

未來發(fā)展方向
    為滿足不斷發(fā)展的數據中心網絡需求，光互連技術發(fā)展的關鍵領域包括：
1. 端口數更多的 OCS，以提高擴展性和拓撲靈活性； 
2. 速度更快、成本更低的 OCS，可應用于較低的網絡層
3. 提高可靠性和可用性，適用于更大的故障域
4. 降低插入損耗和回波損耗，擴展光互連路線圖

結論
    谷歌的 Apollo 平臺證明了在數據中心網絡中大規(guī)模部署 OCS 的可行性和優(yōu)勢。通過在基于 MEMS 的交換、定制收發(fā)器和網絡架構方面的創(chuàng)新，Apollo 提供了靈活、低功耗和高性價比的連接解決方案。隨著數據中心帶寬需求在 ML 和云計算的推動下不斷增長，OCS 技術將在擴展和優(yōu)化這些網絡方面發(fā)揮越來越重要的作用。

參考來源
https://www.linkedin.com/pulse/mission-apollo-landing-optical-circuit-switching-scale-kumar-piyush-ogyqc/