Transceiverele SFP de cupru 10G necesită mai puțină putere

 

 

 

Evoluția cipului despre care nimeni nu vorbește

 

Am implementat sute de aceste module din 2018, iar diferența de consum de energie nu este doar o îmbunătățire a specificațiilor-puteți simți literalmente. Primele module-gen pe care le-am instalat într-o unitate de colocare au fost atât de fierbinți, încât echipa de operațiuni s-a plâns de vârfurile de temperatură ambientală pe culoarul rece. Nu am putut popula porturile SFP+ adiacente. Perioadă.

Punctul de cotitură a venit odată cu lansarea BCM84891 de la Broadcom. Acest cip a redus consumul de energie la aproximativ 1,6 W la 30 de metri și la 2,0 W la 80 de -metri. Spre comparație, mai vechiul Marvell 88X3310 (varianta non-P) încă se află în jur de 3,3 W tipic. Noul Marvell 88X3310P a scăzut considerabil, deși disponibilitatea a fost neregulată în cea mai mare parte a anului 2023.

Ceea ce contează aici nu este doar puterea de pe o foaie de date. Fiecare watt consumat de un cupru de 10 gtransceiver sfpse traduce la aproximativ doi wați suplimentari de sarcină de răcire. Înmulțiți-l pe switch-uri ToR cu 48-porturi, apoi scalați pe sute de rafturi - diferența OPEX devine substanțială.

 

Implementare-în lumea reală: când matematica se întrerupe

 

Iată unde voi recunoaște ceva ce documentația furnizorului nu vă va spune. Chiar și cu module sub-2,5 W, tot nu puteți completa fiecare port SFP+ cu transceiver de cupru pe majoritatea switch-urilor comerciale. Bugetul termic pur și simplu nu o permite. Am văzut switch-uri Cisco Nexus din seria 9000 în care asistența tehnică recomandă în mod explicit să lăsați goluri între porturile populate. Documentația lui Arista pentru anumite modele 7050 sugerează constrângeri similare.

Conformitatea IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet ajută oarecum. Aceste module reduc puterea în timpul perioadelor de inactivitate, ceea ce acoperă în mod realist poate 60-70% din timpul de funcționare tipic al unei rețele de întreprindere. Dar scenarii de explozie de trafic-ferestre de rezervă, migrări de VM, joburi de replicare a stocării - acestea încă împing modulele la extragere completă.

 

 

Latența: schimbul{0}}ascuns

 

Eficiența energetică a avut un cost și este unul care apare rar în deciziile de cumpărare. Transceiver-ul sfp de cupru de 10 g introduce aproximativ 2,6 μs de latență per hop datorită supraîncărcării de codificare IEEE 802.3an. Module optice SFP+ la 850nm? Aproximativ 0,1μs. Chiar și cablurile DAC pasive twinax au o frecvență de 0,3μs.

Pentru majoritatea sarcinilor de lucru ale întreprinderii, nimănui nu-i pasă. Dar am consultat două firme de tranzacționare de-înaltă frecvență, în care latența acumulată în trei sau patru hop-uri de 10GBASE-T a făcut din cupru un ne-începător absolut. Au scos fiecare modul de cupru în decurs de o lună de la implementare.

Caz de utilizare diferit, răspuns diferit. Aceasta este realitatea nesexy a ingineriei de rețea.

 

Comparație cip PHY: ceea ce determină de fapt consumul de energie

 

Variația în consumul de energie între diferitele mărci de transceiver sfp cupru de 10 g se reduce aproape în întregime la selecția cipului PHY și la nodul de proces. O defalcare rapidă bazată pe testele pe care le-am efectuat și pe datele despre furnizori în care am încredere:

Broadcom BCM84891L rulează cel mai tare-de obicei 1,5 W la 30 m, extinzându-se pentru rulări mai lungi. Compartimentul-este o distanță maximă de 30 m în cazul revizuirilor anterioare de firmware, deși există acum versiuni compatibile cu 80 m-. Marvell AQR113C atinge aproximativ 2,0-2,5 W, dar oferă o compatibilitate mai bună într-o gamă mai largă de dispozitive gazdă. Mai vechiul Realtek RTL8261BE se află undeva la mijloc, deși am văzut mai puține module folosind acel chipset pe piața nord-americană.

Nodul de proces contează enorm. Saltul de la 40nm la 28nm PHY a redus consumul de energie cu aproximativ 40%. Cele mai recente modele Marvell la 16 nm fac acest lucru mai departe, deși modulele care folosesc aceste cipuri impun prețuri semnificative.

 

Calitatea cablului și distanța: variabilele vânzătorilor subestimează

 

Consumul de energie al modulului nu este static-ci creează în funcție de lungimea și calitatea cablului. Un transceiver sfp de cupru de 10 g conectat la peste 10 metri de cablu ecranat premium Cat7 va consuma mult mai puțină putere decât același modul conectat prin 25 de metri de Cat6a mediocru.

Cipul PHY lucrează mai mult pentru a menține integritatea semnalului pe perioade mai lungi și cabluri mai zgomotoase. Algoritmii de corectare a erorilor consumă cicluri de procesare. Ciclurile de procesare consumă energie. Relație simplă, dar pe care echipele de achiziții o ignoră în mod constant atunci când specifică cablarea împreună cu achizițiile de transceiver.

Am măsurat diferențe de la 0,3 W la 0,4 W între module identice bazate exclusiv pe opțiunile de cablare. Nu sună prea mult până când nu populați 500 de porturi într-o implementare.

 

Domenii de temperatură și variante industriale

 

Modulele comerciale standard 10GBASE-T specifică domenii de operare de la 0 la 70 de grade . Variantele industriale fac acest lucru la -40 de grade până la 85 de grade , ceea ce contează pentru cabane de telecomunicații, incinte exterioare și implementări de etaj de producție. Modulele industriale costă mai mult-de obicei 30-40% premium, iar profilul de consum de energie rămâne comparabil.

Ceea ce se schimbă este comportamentul de pornire. Scenariile de-pornire la rece la temperaturi extrem de scăzute pot cauza creșteri temporare de putere pe măsură ce cipul PHY se stabilizează. Cele mai multe module moderne includ firmware de management termic care se ocupă cu grație de acest lucru, dar stocurile industriale mai vechi pot prezenta legături în timpul încălzirii inițiale în medii reci.

 

 

Negociere automată-multiple-și implicații de putere

 

Modulele moderne de transceiver sfp de cupru de 10 g acceptă operarea cu mai multe rate-10G/5G/2,5G/1G auto{10}}negociare printr-o singură conexiune RJ45. Standardul IEEE 802.3bz a codificat vitezele intermediare, iar majoritatea modulelor-generale actuale sunt conforme. Iată ce contează din perspectiva puterii: scăderea la modurile 2,5GBASE-T sau NBASE-T reduce consumul de energie cu aproximativ 15-20% în comparație cu funcționarea completă 10GBASE-T.

Unele implementări folosesc în mod intenționat acest lucru. Un administrator de stocare cu care am lucrat anul trecut și-a configurat conexiunile NAS la 5G și nu la 10G-cerințele reale de debit nu au depășit niciodată 4 Gbps susținute, iar economiile de energie pentru 24 de module s-au ridicat la aproximativ 8 W în total. Nu transformativ, dar semnificativ pentru o unitate mică cu capacitate restrânsă a PDU.

Monitorizarea de diagnosticare digitală SFF-8472 încorporată în modulele conforme vă permite să urmăriți consumul de energie în timp real, alături de temperatură și calitatea semnalului. Merită activat pe orice comutator care îl acceptă.

 

Valoarea anormală de 1,1 W: aplicații SWaP-constrânse

 

Un producător-BotBlox-revendică un modul SFP de 1,1 W 10GBASE-T conceput special pentru drone, robotică și aplicații submarine. Constrângerile de dimensiune, greutate și putere (SWaP) din aceste medii fac modulele standard de 2,5 W nepractice. Nu am testat personal aceste unități, așa că nu pot garanta performanța reală-în lumea reală, dar abordarea are sens: reproiectați complet circuitele interne, în loc să aștept următoarea micșorare a procesului de cip.

Acestea nu vor înlocui implementările centrelor de date. Dar ei demonstrează că podeaua de 2-2,5 W nu este o limită fundamentală a fizicii - este un punct de optimizare economică pentru piețele principale.

 

Când cuprul încă pierde

 

În ciuda îmbunătățirilor de putere, transceiver-ul sfp de cupru de 10 g rămâne inadecvat pentru mai multe scenarii. Aplicațiile verticală în interiorul clădirilor-constrângerile privind lungimea cablului și considerațiile EMI favorizează fibra. Conexiunea principală a campusului conectează peste 100 de metri-evident teritoriu de fibră. Orice implementare care necesită latență sub 1 μs per hop.

De asemenea, modulele nu au atins niciodată paritatea de preț cu optica 10G-SR. Un transceiver de calitate 10GBASE-T rulează de aproximativ 6-8x costul modulelor echivalente SFP+ de 850nm. Ecuația costurilor are sens doar atunci când infrastructura existentă Cat6a/Cat7 compensează premium per port sau când conectivitatea RJ45 la punctul final conduce cerința.

 

 

Direcție viitoare: 25GBASE-T și scalare de putere

 

Industria se îndreaptă către 25GBASE-T, iar primele indicații sugerează că consumul de energie va ajunge undeva între 3W și 5W pentru modulele de prima-generație. Istoria sugerează că această cifră va scădea substanțial în 3-4 ani, pe măsură ce modelele de cipuri se maturizează.

Deocamdată, 10GBASE-T la sub-2,5 W reprezintă un punct ideal practic-eficiență energetică suficientă pentru implementări cu densitate moderată, compatibilitate largă cu infrastructura de cablare existentă și siliciu suficient de matur încât întreruperile lanțului de aprovizionare s-au stabilizat în mare măsură.

Modulele nu sunt perfecte. Nu vor fi niciodată. Dar îmbunătățirile eficienței energetice din 2018 le-au mutat de la „soluție ocazională de caz marginal” la „opțiune legitimă de primă-opțiune de alegere” pentru conectivitatea intra{-rack-ului și a-rack-ului adiacent în medii cu circuite de cupru stabilite.

Aceasta este o schimbare semnificativă, chiar dacă discuțiile tehnice primesc rareori atenția pe care o merită.