На OFC2024 научный сотрудник Huawei Давиде выступил с приглашенным докладом под названием «Подключение коммутатора к оптоволокну: проблема энергоэффективности» и выдвинул три основные точки зрения. Здесь для справки собрана соответствующая информация о маленьких ростках фасоли.

Поскольку пропускная способность сети продолжает увеличиваться, доля SerDe в потребляемой мощности и площади чипа коммутатора становится все больше и больше. С 2014 по 2022 год пропускная способность коммутационных чипов выросла с 1,28T до 51,2T, скорость одной линии выросла с 10 Гбит/с до 112 Гбит/с, а коэффициент энергопотребления SerDes увеличился с 15% до 40%, как показано на рис. рисунок ниже. Как еще более эффективно снизить энергопотребление SerDes, становится все более важным. Босс Давиде поделился некоторыми своими мыслями и предложениями.

1. Медленно эффективнее, чем быстро По этому поводу у вас может возникнуть иллюзия, что «использование более высоких скоростей снизит энергопотребление». Например, энергоэффективность оптических модулей 400G лучше, чем у оптических модулей 100G, но на самом деле с увеличением скорости сигнала, В процессе создания чипа используются более высокие скорости, более оптимизированная архитектура и дизайн чипа, более производительные подложки и печатные платы, используемые в системе, и т. д. Снижение энергоэффективности модулей 400G является результатом множества факторов. Если в оптическом модуле 100G используется тот же чип и печатная плата, его энергоэффективность должна быть выше, чем у оптического модуля 400G.

Если взять в качестве примера печатную плату, то по мере увеличения скорости сигнала вносимые потери печатной платы постепенно увеличиваются, но в то же время использование печатных плат с более высокими характеристиками поможет уменьшить вносимые потери. Например, вносимые потери печатной платы класса M8 на частоте 56 ГГц близки к вносимым потерям печатной платы класса M4 на частоте 10 ГГц, как показано на рисунке ниже.

Чип использует процесс с более высоким уровнем узла, что также приводит к снижению энергопотребления более высокоскоростных SerDe, как показано на рисунке ниже. 56G SerDes использует 7-нм техпроцесс с энергоэффективностью 4,5 п Дж/бит, 112G SerDes использует 5-нм техпроцесс с энергоэффективностью 3,7 п Дж/бит, а 224G SerDes использует 3-нм процесс с энергоэффективностью, дополнительно сниженной до 3,0 п Дж/бит. .

Если другие факторы остаются постоянными, более высокие скорости соответствуют большим вносимым потерям в канале, и SerDes будет потреблять больше энергии. Как пример на рисунке ниже, энергопотребление 200G Serdes примерно на 30% выше, чем у 100G Serdes.

Таким образом, принятие более низкой скорости сигнала и увеличение общей полосы пропускания за счет увеличения количества каналов и плотности межсоединений вместо увеличения скорости одноканального сигнала стало направлением снижения энергопотребления. В следующей таблице приведено сравнение XSR и UCIe. При использовании параллельного низкоскоростного соединения высокой плотности энергоэффективность UCIe может достигать менее 0,5 п Дж/бит, что составляет одну треть энергоэффективности XSR.

2. Разбейте сложную систему на мелкие части. Этот аргумент кажется интуитивным. Разбиение сложной системы на простые небольшие системы похоже на то, как мы решаем сложную проблему. Что касается системы межсетевых соединений, Давиде сравнил одноступенчатую систему с двухступенчатой ​​системой межсетевых соединений, как показано на рисунке ниже.

Потери в канале однокаскадной системы составляют 35 д Б, что требует использования LR Serdes, а ее энергоэффективность составляет 9 п Дж/бит. Если используется комбинация XSR+MR Serdes, XSR сначала используется для передачи сигнала на канал. модуль ближе к ASIC, а затем через MR Serdes. При передаче сигналов на удаленный чип ASIC, хотя общие вносимые потери все еще составляют 35 д Б, энергоэффективность XSR Serdes составляет 1 п Дж/бит, MR Энергоэффективность Serdes составляет 3 п Дж/бит, а общая энергоэффективность всей линии связи — 8 п Дж/бит, что лучше, чем у одноступенчатой ​​системы, которая напрямую использует LR Serdes. Двухуровневая система соответствует модулю NPO/CPO. На рисунке ниже показано сравнение энергоэффективности соответствующей системы. За счет уменьшения расстояния между ASIC и оптическим механизмом вносимые потери в линии связи уменьшаются, поэтому можно использовать SerDes с меньшими потерями, что снижает общее энергопотребление.

Давиде еще раз упомянул в отчете модуль LPO. Несмотря на то, что микросхема ретаймера в модуле удалена, на стороне хоста будет потребляться больше энергии для компенсации вносимых потерь всего канала, что не приведет к снижению энергопотребления системы. , босс не испытывает оптимизма по поводу модуля LPO. Конкретные детали обсуждались в предыдущей заметке и здесь не будут повторяться.

3. Выключайте свет, если вас нет в комнате. Эту точку зрения тоже легко понять. Выключайте свет, когда выходите из комнаты, и глушите двигатель, ожидая светофора. В соответствии с взаимосвязанной системой, если потери на линии связи невелики, ненужные функции адаптивно отключаются для снижения энергопотребления, что представляет собой так называемое адаптивное масштабирование мощности. В DSP есть три соответствующих направления оптимизации: 1) уменьшение или не активация использования эквалайзера, 2) уменьшение разрешения сигнала и 3) снижение напряжения питания. На рисунке ниже красная линия — это энергоэффективность LR SerDes без адаптивной функции, а зеленая линия соответствует ситуации, когда энергопотребление SerDes можно адаптивно регулировать. Контраст очень очевиден, и существует огромное пространство для оптимизации. Чтобы учесть использование в различных сценариях, все текущие микросхемы ASIC используют одну и ту же конфигурацию LR SerDes, и никаких усилий в этом направлении не предпринимается.

Выше приведено краткое изложение отчета Давиде. Мнение начальника очень простое, но если присмотреться, оно очень милое и точное. Оно дает указание снизить энергопотребление SerDes: принять низкое энергопотребление. схема скоростного параллельного соединения. Улучшите плотность полосы пропускания, внедрите многоуровневое соединение, разработайте адаптивный SerDes. Еще один очень важный момент заключается в том, что когда мы проводим сравнительный анализ, нам нужно сравнивать яблоко с яблоком при одних и тех же условиях или предположениях. Многие, казалось бы, разумные выводы можно сделать из сравнений в неравных условиях. Сравнивать яблоки и апельсины бессмысленно.

Если в статье есть ошибки или неточности,Я надеюсь, что вы все это укажете,Каждый может оставить сообщение для обсуждения. На данный момент все три группы Вичата заполнены.,Сяодуя открыла новую дискуссионную группу Вичат 4,Друзья, которым нужны технические обсуждения или бизнес-консалтинг, могут напрямую добавить мой профиль.Вичатphoton_walker。

Ссылки: 1. Давиде Тониетто, «Будущее межсоединения ближнего радиуса действия», ESSCIRC, стр. 1–8, сентябрь 2022 г.

2. Davide Tonietto, "Connecting the Switch to the Fiber: the Energy Efficiency Challenge", OFC 2024