在當今的互聯(lián)網(wǎng)世界中，人們每隔60秒發(fā)送約1.68億封電子郵件，1100萬條短信，9.8萬條微博和69.5萬個Facebook更新。除了人類創(chuàng)造的數(shù)據(jù)以外，還有機器對機器通信活動，2017年的物聯(lián)網(wǎng)應用將產(chǎn)生3.9艾字節(jié)(EB)的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)爆炸
在這所有的互聯(lián)網(wǎng)活動中，每一分鐘都將創(chuàng)造超過1820TB的新數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在世界各地的數(shù)據(jù)中心之間被存儲、處理，以及共享。而沒有數(shù)據(jù)中心，根本就不會有云計算。
在過去的10年中，互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模已經(jīng)增長了100倍。為了適應這一快速增長，人們不得不增加數(shù)據(jù)中心的計算能力，并提高了1000倍的計算量。在未來10年內(nèi)，為滿足未來互聯(lián)網(wǎng)的需求，人們將需要增加同樣的容量。目前，沒有人真正知道今后的互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)展成什么樣子。
如今，運營商正在考慮如何實現(xiàn)“大規(guī)模”和“大型數(shù)據(jù)中心”，提供人們所需要的計算、存儲、傳輸能力。大型數(shù)據(jù)中心將更多地使用軟件定義的基礎設施，并利用開放式架構軟件和硬件的優(yōu)勢。
但業(yè)內(nèi)對當今的數(shù)據(jù)中心架構是否能夠提供人們所需要的能力的可行性表示嚴重關切。而亞馬遜網(wǎng)絡服務公司副總裁兼杰出工程師詹姆斯·漢密爾頓表示，未來的數(shù)據(jù)中心面臨“紅色警報”。
網(wǎng)絡：一場完美風暴
其實可以將數(shù)據(jù)中心簡化成兩個組成部分：一是服務器(計算功能)，它執(zhí)行數(shù)據(jù)處理和存儲功能;二是網(wǎng)絡，用于連接一個大型數(shù)據(jù)中心的大量的服務器(通常為10萬臺以上)。
如今，摩爾定律仍然有效。在微處理器制造商的芯片中，晶體管數(shù)量每兩年翻一番。而其芯片成本降低的好處將傳導到服務器方面，在更低成本的情況下，獲得更高性能的機器和更多的存儲能力，這有助于推動云計算的增長。
不幸的是，相對于計算功能來說，摩爾定律的好處不能完全適用于數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡部分。例如，數(shù)據(jù)吞吐量，這是網(wǎng)絡的一個重要指標，是由晶體管的速度決定的。而在芯片上增加越來越多的物理管腳，以及采用新的光纖傳輸技術，在這兩個方面，摩爾定律卻愛莫能助。
雖然芯片越來越便宜，而網(wǎng)絡成本卻在上升，而這種情況加劇了服務器的數(shù)量增長。因此，數(shù)據(jù)中心運營商現(xiàn)在更加專注于網(wǎng)絡組件技術的研究。
這個問題的很大一部分來源于規(guī)模較小基數(shù)較小基本的網(wǎng)絡單元：電氣CMOS交換機芯片。大型數(shù)據(jù)中心擁有超過10萬臺服務器，必須允許每一臺服務器具備通信連接，這需要一個巨大的網(wǎng)絡，而這個網(wǎng)絡通過一系列CMOS交換機芯片進行連接，卻被限制在每24個或32個互連端口上。
由于這些CMOS交換機芯片端口數(shù)的限制，數(shù)據(jù)中心的廣大網(wǎng)絡交換節(jié)點和互連服務，僅僅作為一種不可思議的像蜘蛛網(wǎng)一樣的網(wǎng)絡交換節(jié)點連接之間的中介物。這些網(wǎng)絡的交換節(jié)點和它們之間的聯(lián)系取決于更小尺寸的CMOS交換機芯片。
基本交換機元件的基數(shù)對指定大小的數(shù)據(jù)中心所需的交換節(jié)點總數(shù)有直接影響?；鶖?shù)的大小決定了各個交換機和數(shù)據(jù)中心的整體構造(成本和功率要求)，它限制了可擴展性的成本和復雜的基礎。連接大量的服務器現(xiàn)在需要一個龐大的網(wǎng)絡結(jié)構。并且，更糟的是，其所需的中間交換節(jié)點和互連的增長數(shù)量是服務器數(shù)量的數(shù)倍。
不斷上升的數(shù)據(jù)中心成本和功耗的限制已經(jīng)很好地證明了限制因素的問題嚴重。其限制因素就是數(shù)據(jù)中心的基本可擴展性，但是，只有質(zhì)疑現(xiàn)在的網(wǎng)絡能力，才有可能構建適應未來需要的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡。
重塑數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡
為了適應未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，我們需要大量簡化網(wǎng)絡。幸運的是，這個行業(yè)已經(jīng)向更簡單、更高效的網(wǎng)絡架構邁進。一個例子是從傳統(tǒng)的具有帶寬瓶頸和單點故障單根樹拓撲結(jié)構，基于Clos拓撲提高網(wǎng)絡容量，并提供冗余的網(wǎng)絡多路徑。
軟件定義網(wǎng)絡允許建筑師單獨的應用程序，控制和物理傳輸層，并將它們從專有硬件開放軟件。這種方法在一組服務器上進行，允許控制臺處理，并引導數(shù)據(jù)包到達目的地，從而簡化了交換機的設計。
這些都是重要的，但是從根本上逐步改進兩個例子。為了實現(xiàn)真正的可擴展性，我們需要在網(wǎng)絡的關鍵領域部署創(chuàng)新和突破性的技術。
簡化交換
我們需要三個基本的功能來創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡：數(shù)據(jù)包處理，交換和傳輸。如今，通常情況下，數(shù)據(jù)包處理和交換功能可以通過傳統(tǒng)的CMOS技術實現(xiàn)，而網(wǎng)絡傳輸功能正朝著高帶寬能力的光(光子)技術邁進。
正如我們已經(jīng)看到的，大型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡目前依賴于相對較小的基數(shù)交換機，其吞吐率和經(jīng)濟可擴展性卻受到交換技術的嚴重制約。但是通過改變網(wǎng)絡的結(jié)構，簡化交換機的工作，這使人們有了一個獨特的機會，現(xiàn)在可以將光學技術引入到網(wǎng)絡系統(tǒng)領域中。
這種電子和光子學的“智能整合”將讓每一個技術發(fā)揮自己的優(yōu)勢：CMOS的密度可以提供進行復雜的處理能力，而光子學可以提高傳輸速度和傳輸能力。
通過大幅增加端口密度，放寬對交換機的大小限制為，擴展數(shù)據(jù)中心的容量，簡化網(wǎng)絡并提高吞吐量。通過電子和光子技術的結(jié)合，將使光域進行分組交換，以支持可擴展的交換功能，這在電子領域是不可能實現(xiàn)的。
例如，高速數(shù)據(jù)信號在單模光纖傳輸比在銅線上傳輸，其功率和成本要低得多。這種功能使網(wǎng)絡設計者有了更多的選擇，可以在數(shù)據(jù)中心配置更大的光學交換機。
此外，人們可以很容易地在同一光纖采用波分復用技術處理多個信號，從而降低了電纜的復雜性和成本。
更大的基數(shù)交換機
通過整合先進的光學交換機的功能與CMOS的數(shù)據(jù)包處理能力，可以實現(xiàn)基本交換機元件更大的基數(shù)。采取模塊化的方法簡化設計多級交換機，讓數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)更方便快捷的連接。
這種集成光交換解決方案將會受益于CMOS技術的摩爾定律的規(guī)模效益，以及光學領域的研究進展。這兩個因素將有助于降低重定向網(wǎng)絡的成本，可以更好地調(diào)整計算功能，并得到那些考慮如何提高數(shù)據(jù)中心容量，同時保持成本和功耗的數(shù)據(jù)中心運營商的關注。
CMOS和光子學在交換技術上的結(jié)合，具有降低組網(wǎng)成本和能耗的潛力。將交換功能引入到光學領域，這意味著不僅可以不斷擴大基本元件的規(guī)模，而且還可以通過模塊化的開關結(jié)構進行擴展。這種方法允許網(wǎng)絡實現(xiàn)前所未有的可擴展性，可以提供下一代數(shù)據(jù)中心所需的帶寬容量。
然而，發(fā)展這項技術，將采取系統(tǒng)級的多學科的方法，這就是為什么在光子、電子、軟件、系統(tǒng)架構，以及半導體/光電子制造方面匯集全球頂級專家的主要原因。
數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡具有上百億美元的市場規(guī)模，并且不斷增長。而硅光子學是滿足這個市場潛力的關鍵因素，相信在未來10年中，互聯(lián)網(wǎng)的計算能力和傳輸能力得到上千倍的增長。
a&s傳媒是全球知名展覽公司法蘭克福展覽集團旗下的專業(yè)媒體平臺，自1994年品牌成立以來，一直專注于安全&自動化產(chǎn)業(yè)前沿產(chǎn)品、技術及市場趨勢的專業(yè)媒體傳播和品牌服務。從安全管理到產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，a&s傳媒擁有首屈一指的國際行業(yè)展覽會資源以及豐富的媒體經(jīng)驗，提供媒體、活動、展會等整合營銷服務。
粵公網(wǎng)安備 44030402000264號
