10/08/2024，光纖在線訊，隨著技術(shù)的演進(jìn)，傳統(tǒng)的服務(wù)器結(jié)構(gòu)正逐步被解耦計(jì)算平臺(tái)所取代。這些平臺(tái)按需將資源以特定比例捆綁成“裸金屬”硬件主機(jī)，實(shí)現(xiàn)靈活配置。這一過(guò)程可視為“硬件虛擬化”，允許多個(gè)物理主機(jī)在需要時(shí)動(dòng)態(tài)組合，通過(guò)專門的編排功能控制，共享底層資源池。這些平臺(tái)支持單一或多租戶使用，通過(guò)“軟件虛擬化”或云技術(shù)提供虛擬機(jī)（VM）服務(wù)。

關(guān)鍵構(gòu)建塊包括CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)及加速硬件如GPU和FPGA，用于支持高性能或通用云計(jì)算應(yīng)用。在上圖中，"Composed Machine #1" 是基于四個(gè)CPU單元構(gòu)建的，這些CPU單元來(lái)自資源池中的"Server #1"和"Server #2"，以及四個(gè)RAM單元，只從"Server #1"獲取。在"Server #1"中，有兩個(gè)GPU資源單元，如果在非分解平臺(tái)上，這些資源將會(huì)被浪費(fèi)和未使用，但在這種情況下，它們被用來(lái)提供"Composed Machine #2" 所需的一半GPU資源，另一半來(lái)自"Server #2"。



解耦實(shí)現(xiàn)的效率和性能優(yōu)化取決于可以訪問(wèn)和消耗資源塊的粒度。在最細(xì)粒度下，每個(gè)資源塊都具備板載硬件以實(shí)現(xiàn)高速、低延遲的連接。這雖需新的硬件設(shè)計(jì)，但提供了最大靈活性。同時(shí)，也存在較粗粒度的解耦形式，與當(dāng)前硬件更兼容，可作為向完全解耦平臺(tái)過(guò)渡的橋梁。

在解耦計(jì)算平臺(tái)中，選擇合適的互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)性能和能耗至關(guān)重要。常見(jiàn)的互連形式有分組交換和線路交換。線路交換提供確定性、電路交換和固定帶寬的數(shù)據(jù)路徑，特別適用于那些原本在服務(wù)器主板上低級(jí)直接連接的硬件資源，或通過(guò)特定總線技術(shù)（如PCI Express）連接的硬件資源。

光互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)

使用光電路交換技術(shù)構(gòu)建的全光互連網(wǎng)絡(luò)，也稱為全光交換，能夠滿足確定性和高容量端到端數(shù)據(jù)路徑的需求。光互連網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)包括：
1、降低功耗：與電互連相比，光互連結(jié)構(gòu)的功耗顯著降低。
2、降低時(shí)延：光傳輸路徑的時(shí)延更低。
3、易于擴(kuò)展和升級(jí)：光互連網(wǎng)絡(luò)物理擴(kuò)展和升級(jí)能力更強(qiáng)。
4、透明性和兼容性：對(duì)解耦資源間的串行數(shù)據(jù)流量格式和線路速率具有固有透明性，支持未來(lái)平滑升級(jí)。

在光鏈路通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)，最小化或消除前向糾錯(cuò)（FEC）對(duì)于減少端到端延遲至關(guān)重要。這要求光交換技術(shù)具有盡可能低的損耗，以確保最佳的誤碼率性能。



光電路交換技術(shù)的可擴(kuò)展性源于可以使用低損耗的光路交換機(jī)構(gòu)建多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)，從而支持大量終端。例如，POLATIS DirectLight^TM交換機(jī)允許構(gòu)建四個(gè)或更多級(jí)別的交換網(wǎng)絡(luò)，而不會(huì)超出典型收發(fā)器的光學(xué)損耗預(yù)算。這使得光交換結(jié)構(gòu)可以按需增長(zhǎng)，在初期采用少量OCS進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)建，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求逐步擴(kuò)展OCS規(guī)模，降低初期投入成本。

POLATIS 384x384 with LC connectors

實(shí)踐探索：dReDBox項(xiàng)目與解耦計(jì)算的概念驗(yàn)證

從2016年至2019年，HUBER+SUHNER Polatis作為成員單位，參與了由工業(yè)界和學(xué)術(shù)界合作伙伴組成的聯(lián)合項(xiàng)目dReDBox。該項(xiàng)目由歐洲委員會(huì)資助，旨在探索智算中心的計(jì)算資源解耦。項(xiàng)目期間成功展示了硬件原型、編排軟件和用戶應(yīng)用程序。



上圖項(xiàng)目硬件原型展示了單塊板卡可容納多達(dá)16個(gè)細(xì)粒度資源塊（稱為“磚塊”）。每個(gè)“磚塊”配備了高容量、多通道、基于硅光的板載光學(xué)收發(fā)器陣列，使得這些磚塊資源可以通過(guò)一個(gè)可擴(kuò)展、低損耗的光路交換機(jī)進(jìn)行互聯(lián)共享，參考下圖。



解耦計(jì)算帶來(lái)的顯著益處

通過(guò)使用專用的交換結(jié)構(gòu)靈活地互連資源，解耦計(jì)算帶來(lái)了多種顯著的益處：
1、即時(shí)組合硬件計(jì)算平臺(tái)：可以根據(jù)需求即時(shí)組合不同硬件資源。
2、靈活擴(kuò)展計(jì)算平臺(tái)：可根據(jù)工作負(fù)載的特性，靈活地?cái)U(kuò)展計(jì)算平臺(tái)的規(guī)模和資源配置。
3、動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)算平臺(tái)大小：在運(yùn)行特定工作負(fù)載的過(guò)程中，可以根據(jù)需要調(diào)整計(jì)算平臺(tái)的大小。
4、節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本（OPEX）：可以關(guān)閉不需要的資源，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。

運(yùn)營(yíng)商的優(yōu)勢(shì)包括：
1、選擇最佳硬件：可以選擇不同供應(yīng)商提供的最優(yōu)質(zhì)硬件。
2、按需升級(jí)：可以按需升級(jí)不同類型和/或資源塊。

這些優(yōu)勢(shì)帶來(lái)了顯著的資本支出（CAPEX）節(jié)省，并減少了在硬件更換計(jì)劃期間的服務(wù)停機(jī)時(shí)間。最近，一家超大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)發(fā)表多篇論文，介紹了在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部基于數(shù)據(jù)分組的交換結(jié)構(gòu)中混合采用OCS光路交換技術(shù)，獲得了類似的收益。

因此，解耦平臺(tái)在服務(wù)云計(jì)算和高性能計(jì)算（HPC）提供商中更為適用，能夠更有效地應(yīng)對(duì)各種需求。硬件組件可以獨(dú)立升級(jí)，而編排軟件完全由運(yùn)營(yíng)商控制，解耦可以被視為從硬件定義的基礎(chǔ)設(shè)施（HDI）向更加靈活的軟件定義的基礎(chǔ)設(shè)施（SDI）過(guò)渡的關(guān)鍵推動(dòng)者。

隨著商業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，以光路交換為核心的云計(jì)算/HPC平臺(tái)解耦已經(jīng)逐漸成熟。通過(guò)概念驗(yàn)證和眾多模擬預(yù)期系統(tǒng)性能特征和運(yùn)營(yíng)成本的學(xué)術(shù)研究，可以清楚地看到運(yùn)營(yíng)此類基礎(chǔ)設(shè)施的益處。

技術(shù)亮點(diǎn)：POLATIS^®專有光纖交換技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

POLATIS^®在解耦方面相較于其他全光（OOO）切換解決方案具有顯著優(yōu)勢(shì)，包括：

最低的光損耗和卓越的穩(wěn)定性。
最廣泛的對(duì)稱（NxN）交換機(jī)系列：矩陣規(guī)模從16x16到576x576端口，支持網(wǎng)絡(luò)解耦不斷發(fā)展的需求，同時(shí)模塊化擴(kuò)展性可連接數(shù)千個(gè)光纖端點(diǎn)。
高密度交換矩陣：占用極少的機(jī)架空間。
協(xié)議和數(shù)據(jù)速率無(wú)關(guān)：可切換任何類型的信號(hào)。
單一連接的切換時(shí)間<50毫秒。
幾乎零信號(hào)時(shí)延：實(shí)現(xiàn)最快資源傳輸。
真正的暗光纖切換：無(wú)需光線即可建立和保持連接，可預(yù)配未來(lái)路徑。
完全軟件控制：可與領(lǐng)先的編排解決方案無(wú)縫對(duì)接。
支持最廣泛的SDN接口：包括NETCONF和RESTCONF。
高可靠性：適用于關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用，配備雙冗余、熱插拔網(wǎng)絡(luò)接口控制器和電源。
新款POLATIS 576x576交換機(jī)：具有雙冗余控制器和可選的現(xiàn)場(chǎng)可尋址備用端口，增加了可靠性。
環(huán)保低功耗：可平衡解耦機(jī)架的高功率密度。