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盡可能減少數(shù)據(jù)傳輸所消耗的電力，以致于讓每一瓦特電力都用于AI計(jì)算。面對“算力的盡頭是電力”，這是AI時代每一位智算中心運(yùn)營者的夢想。
但要接近這一夢想變得越來越難。當(dāng)前，AI應(yīng)用和大模型的飛速發(fā)展正推動智算中心AI集群的規(guī)模和數(shù)據(jù)流量激增，帶動智算網(wǎng)絡(luò)的能耗和成本節(jié)節(jié)攀升。尤其是網(wǎng)絡(luò)中的光模塊器件，由于帶寬和數(shù)量都將成倍提升，面臨的整體功耗問題尤為突出。
在此背景下，為了給“實(shí)際計(jì)算騰出更多的電力”，一種新的光模塊技術(shù)——LPO（線性驅(qū)動可插拔光模塊）脫穎而出。LPO采用線性直驅(qū)技術(shù)，取消了傳統(tǒng)可拔插光模塊中的DSP或CDR芯片，從而可顯著降低光模塊的功耗、成本和時延。
盡管LPO優(yōu)勢明顯，但要實(shí)現(xiàn)規(guī)模部署，首先面臨著交換機(jī)與光模塊之間的互聯(lián)互通挑戰(zhàn)。
值得慶賀的是，在不久前舉行的IFOC 2024上，業(yè)界傳出了一則勁爆消息：新華三獨(dú)家受邀在現(xiàn)場展示了H3C S9827-128DH高密400G智算交換機(jī)與多家廠商的400G DSP&LPO模塊的互聯(lián)測試，結(jié)果顯示DSP和LPO的性能表現(xiàn)相近，驗(yàn)證了基于112G SerDes的LPO方案的市場可行性。
此次互聯(lián)測試背后有著怎樣的技術(shù)邏輯和門檻？為什么偏偏新華三能做到？我們來展開講一講。
去掉DSP的LPO
眾所周知，光模塊在網(wǎng)絡(luò)連接中執(zhí)行光信號和電信號轉(zhuǎn)換的任務(wù)，傳統(tǒng)可拔插光模塊主要由DSP（數(shù)字信號處理器）、TIA（跨阻抗放大器）、Driver（驅(qū)動器）、LD（激光器）、PD（光電探測器）等部分組成。連接交換機(jī)后，信號發(fā)送的大致流程是：交換機(jī)ASIC SerDes將電信號通過PCB（印刷電路板）驅(qū)動到光模塊，光模塊中的DSP芯片接收電信號并執(zhí)行信號再生、信號均衡補(bǔ)償?shù)裙δ?，然后電信號?jīng)過Driver放大后由激光器轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)射出去。
顯然，在傳統(tǒng)可拔插光模塊中，DSP是關(guān)鍵組件。由于信號通過PCB上的傳輸線時會發(fā)生損耗，且損耗會隨著數(shù)據(jù)速率和傳輸線長度增加而增加，而DSP芯片的引入可緩解鏈路損耗和對抗信號失真。
但DSP芯片也有缺點(diǎn)，大家都知道，凡是負(fù)責(zé)高速數(shù)字信號處理的芯片都很耗電且成本高昂。數(shù)據(jù)顯示，400G光模塊中典型的7nm DSP功耗占模塊功耗的50%。進(jìn)入AI時代，隨著AI集群規(guī)模不斷擴(kuò)張，光模塊在智算網(wǎng)絡(luò)中的整體功耗還會進(jìn)一步加劇。一方面，光模塊速率從100G、200G向400G、800G甚至1.6T演進(jìn)，致使單個光模塊的功耗持續(xù)攀升。另一方面，由于智算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平且無收斂，AI集群規(guī)模擴(kuò)張會引發(fā)對光模塊的數(shù)量需求急劇上漲。據(jù)計(jì)算，智算網(wǎng)絡(luò)所需的光模塊數(shù)量將相對GPU數(shù)量呈數(shù)倍增長。
正因如此，LPO技術(shù)從2023年開始受到業(yè)界廣泛關(guān)注。如上圖所示，LPO摒棄了傳統(tǒng)光模塊里的DSP，取而代之的是，將相關(guān)功能集成到交換機(jī)ASIC，并采用性能更優(yōu)、信號補(bǔ)償能力更強(qiáng)的TIA和Driver電芯片。這樣一來，光模塊中只剩下線性模擬組件和光引擎部分，從而可顯著降低光模塊功耗、延遲、成本和尺寸。
壓力給到了交換機(jī)
顯而易見，LPO方案將信號再生和數(shù)字信號補(bǔ)償功能轉(zhuǎn)移到交換機(jī)側(cè)后，主要依靠ASIC SerDes來整合端到端鏈路性能，自然對交換機(jī)的性能和兼容性提出了更高的要求。
首先，LPO光模塊去掉DSP后只剩下對抖動、噪聲、干擾、衰減等更加敏感的線性模擬組件，盡管Driver/TIA具有更強(qiáng)的均衡能力，但仍然不可避免地會將這些影響信號完整性的因素層層傳遞和疊加，進(jìn)而造成整條鏈路的誤碼率增加。因此，這要求對交換機(jī)的電路部分進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更低的交換機(jī)端口損耗，確保到達(dá)光模塊的電信號質(zhì)量足夠好。
其次，交換機(jī)ASIC SerDes與光模塊之間通過PCB上的傳輸線路連接，受走線、打孔、焊接等PCB制造工藝的影響，交換機(jī)各個端口的插入損耗和回波損耗必然存在一定的差異，導(dǎo)致同一LPO光模塊在不同交換機(jī)端口的誤碼率性能表現(xiàn)不一致。這要求交換機(jī)能對高損耗端口進(jìn)行補(bǔ)償，并能根據(jù)不同端口的損耗匹配最優(yōu)的均衡參數(shù)，從而確保交換機(jī)全端口支持LPO光模塊。
再者，由于采用的激光器方案、支持的傳輸距離等不同，LPO光模塊具有多種類型，考慮不同廠家、不同類型的LPO光模塊的光電通道特性不同，交換機(jī)還需具備識別光模塊類型的能力，并能根據(jù)不同的信道特性、TIA/Driver參數(shù)進(jìn)行均衡參數(shù)自動調(diào)優(yōu)，以主動適配光模塊，使端到端鏈路性能達(dá)到最優(yōu)。
為什么是新華三？
本次互聯(lián)測試在H3C S9827-128DH與各廠商的多種類型的LPO光模塊之間完成了光眼圖測試和誤碼率測試，結(jié)果顯示：一、H3C S9827-128DH端口可以識別400G VR4+VCSEL、400G DR4+硅光、400G DR4+EML等不同類型、不同規(guī)格的QSFP112模塊，同時交換機(jī)不同端口保持較好的電信號一致性；二、各廠商的LPO模塊在H3C S9827上的誤碼率均低于門限要求，且經(jīng)過與主機(jī)適配調(diào)優(yōu)的LPO模塊誤碼率表現(xiàn)較好，與DSP方案光模塊誤碼率相近。
這些良好的測試結(jié)果無疑證明了新華三智算交換機(jī)已解決LPO方案帶給交換機(jī)的新挑戰(zhàn)，彰顯出新華三智算交換機(jī)產(chǎn)品強(qiáng)大的性能、穩(wěn)定性和兼容性，為LPO光模塊規(guī)模應(yīng)用再添助力。這背后，新華三是如何做到的？
首先，為確保交換機(jī)全端口性能一致良好，新華三 S9827-128DH采用51.2T交換芯片、以及領(lǐng)先的超低損PCB板材，并精密設(shè)計(jì)端口與PCB板材之間的布局走線，最大化減少電信號衰減和串聲干擾。同時，經(jīng)過長達(dá)半年的反復(fù)測試、修改、優(yōu)化交換機(jī)驅(qū)動軟件和高速模塊寄存器中的高速電信號參數(shù)（預(yù)加重、均衡等），選取最優(yōu)的參數(shù)模型，導(dǎo)入交換機(jī)的固化軟件系統(tǒng)中。在模塊上電后，將自動識別高速模塊并賦予其兼容范圍最好的電信號，實(shí)現(xiàn)較低的誤碼率，保障業(yè)務(wù)端口穩(wěn)定運(yùn)行。
其次，為了廣泛兼容不同規(guī)格、不同技術(shù)方案的高速模塊，H3C S9827-128DH交換機(jī)軟件遵循CMIS和SFF-8636，采用邏輯讀取器，在讀取光模塊寄存器中的信息后，通過在驅(qū)動軟件導(dǎo)入的靈活、完善的識別策略，實(shí)現(xiàn)對各廠家的不同模塊規(guī)格（VR4、DR4等）、不同芯片方案（DSP、LPO）、不同激光器方案（EML、硅光）、多種應(yīng)用模式（一對一、一分二）的QSFP112模塊的類型讀取，可靈活智能識別端口模塊模式，快速上電。
最后，謀全局，方能引領(lǐng)變革。以上所有的技術(shù)創(chuàng)新突破當(dāng)然都離不開新華三的前瞻性布局。面對日新月異的AI技術(shù)和應(yīng)用推動智算中心的異構(gòu)算力規(guī)模和復(fù)雜性節(jié)節(jié)攀升，給智算網(wǎng)絡(luò)的性能、能效等提出了越來越高的要求，新華三始終倡導(dǎo)以開放標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接技術(shù)打通智算互聯(lián)互通的大動脈。光模塊作為智算網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，此次新華三智算交換機(jī)完成與各廠商、各種類型的LPO光模塊的良好對接，正是踐行開放標(biāo)準(zhǔn)路線的一次生動實(shí)踐。
事實(shí)上，在前瞻性布局引領(lǐng)下，新華三不只是推出了400G/800G LPO高密智算交換機(jī)，還推出了支持同城長距集群間的互聯(lián)互通的400G/800G ZR/ZR+ DCI硬件方案、具有極致的轉(zhuǎn)發(fā)性能與網(wǎng)卡解耦能力的算力集群核心交換機(jī)H3C S12500 AI等眾多產(chǎn)品與解決方案，充分表明其已在AI算力時代把握住了先發(fā)優(yōu)勢，為推動智算網(wǎng)絡(luò)變革和助力AI產(chǎn)業(yè)綠色高效發(fā)展做好了充分準(zhǔn)備。
