एआई डेटा सेंटर नेटवर्क अब केवल एक ऑप्टिकल मॉड्यूल की अधिकतम संचरण दर द्वारा सीमित नहीं हैं। कठिन सवाल यह है कि क्या प्रणाली शक्ति, ठंडा, पैकेज,और आवश्यक कंप्यूटिंग पैमाने का समर्थन करने के लिए पर्याप्त ऑप्टिकल लिंक बनाए रखने.
चूंकि स्विच क्षमता 51.2 टीबी/सेकंड से आगे बढ़ जाती है और ऑप्टिकल इंटरफेस 400 जी और 800 जी से 1.6 टी और उच्च दरों की ओर प्रगति करते हैं, दो चर तेजी से निर्धारित करते हैं कि क्या वास्तुकला स्केल कर सकती हैः
ऑप्टिकल मॉड्यूल की बिजली की खपत
ऑप्टिकल मॉड्यूल बैंडविड्थ घनत्व
इन चरों का निकटता से संबंध है। प्रत्येक पोर्ट पर उच्च बैंडविड्थ आमतौर पर विद्युत हानि, सिग्नल-प्रसंस्करण जटिलता, गर्मी उत्पादन और शीतलन मांग को बढ़ाता है।एक ही सामने के पैनल में अधिक पोर्ट जोड़ने से गर्मी को एक छोटी जगह में केंद्रित किया जाता है.
परिणामी सीमा में न केवल ऑप्टिकल मॉड्यूल, बल्कि स्विच एएसआईसी, सर्डेस, पीसीबी, बिजली वितरण, शीतलन प्रणाली, फाइबर रूटिंग और रखरखाव मॉडल शामिल हैं।
ऑप्टिकल मॉड्यूल की शक्ति और बैंडविड्थ घनत्व सीमाएँ क्या हैं?
ऑप्टिकल मॉड्यूल बिजली की खपत सीमित करती है कि कम्प्यूटिंग के लिए कितनी विद्युत और थर्मल क्षमता उपलब्ध रहती है,जबकि बैंडविड्थ घनत्व का वर्णन करता है कि एक निश्चित पैनल के भीतर कितनी डेटा क्षमता स्थापित की जा सकती है, पैकेज, या रैक क्षेत्र विद्युत, तापीय, यांत्रिक, और विश्वसनीयता सीमाओं से अधिक नहीं।
किसी भी मीट्रिक का स्वतंत्र रूप से मूल्यांकन नहीं किया जाना चाहिए। अत्यधिक शक्ति के साथ एक उच्च बैंडविड्थ मॉड्यूल एक ही रैक में उपलब्ध कंप्यूटिंग क्षमता को कम कर सकता है।एक छोटा मॉड्यूल भौतिक घनत्व में सुधार कर सकता है जबकि एक गर्मी प्रवाह बनाता है जिसे चेसिस नहीं हटा सकता है.
एक सिस्टम बाधा के रूप में बिजली की खपत
एक रैक में एक परिमित शक्ति और शीतलन बजट होता है। ऑप्टिकल लिंक द्वारा उपयोग की जाने वाली शक्ति जीपीयू, मेमोरी, स्विच सिलिकॉन, भंडारण और सहायक शीतलन उपकरण के लिए उपलब्ध नहीं है।
एक छोटे से पोर्ट की संख्या पर, प्रति मॉड्यूल कुछ अतिरिक्त वाट प्रबंधनीय लग सकते हैं।अंतर एक प्रमुख बुनियादी ढांचा चर बन जाता है.
एक पूर्ण तुलना में निम्नलिखित शामिल हो सकते हैंः
ऑप्टिकल लिंक के दोनों छोर
मेजबान SerDes और रीटाइमिंग
डीएसपी और एफईसी
लेजर स्रोत की शक्ति
बिजली रूपांतरण हानि
शीतलन ओवरहेड
प्रकाशित वाट-प्रति-पोर्ट मूल्य सीधे तुलनीय नहीं हैं जब तक कि वे एक ही प्रणाली सीमा का उपयोग न करें।
थर्मल बाधा के रूप में बैंडविड्थ घनत्व
बैंडविड्थ घनत्व प्रति मॉड्यूल बैंडविड्थ, फ्रंट-पैनल उद्घाटन, रैक यूनिट, स्विच या वाट को संदर्भित कर सकता है। ये माप संबंधित हैं लेकिन विनिमेय नहीं हैं।
मॉड्यूल बैंडविड्थ को दोगुना करने से स्वचालित रूप से उपयोग करने योग्य स्विच घनत्व दोगुना नहीं होता है। सिस्टम को अभी भी पर्याप्त शक्ति प्रदान करनी चाहिए, सिग्नल अखंडता बनाए रखना चाहिए, गर्मी को हटा देना चाहिए, और कनेक्टर के लिए जगह छोड़नी चाहिए,रेशम, पिंजरे, और सेवा पहुंच।
उच्च शक्ति स्तरों पर, बैंडविड्थ घनत्व केवल पैनल आयामों के बजाय गर्मी हटाने पर अधिक निर्भर हो जाता है।
एकल लेन गति स्केलिंग का प्रभाव कम क्यों हो रहा है?
उच्च ऑप्टिकल बैंडविड्थ के लिए पारंपरिक मार्ग तेजी से विद्युत और ऑप्टिकल लेन पर बहुत निर्भर किया गया हैः
25G → 50G → 100G → 200G PAM4
यह मार्ग महत्वपूर्ण बना हुआ है, लेकिन प्रत्येक संक्रमण के लिए अधिक मांग वाले ट्रांसमीटर, रिसीवर, समानांतर, कोडिंग और सिग्नल अखंडता नियंत्रण की आवश्यकता होती है।शक्ति और जटिलता आवश्यक रूप से उपयोगी थ्रूपुट के अनुपात में स्केल नहीं करती है.
क्यों अधिक लेन दरें शक्ति और जटिलता बढ़ाती हैं
कंप्यूटिंग और I/O स्केलिंग गैप
एक विश्लेषणयुग एआई मॉडल डेटाबेसअनुमान है कि सीमांत एआई मॉडल को प्रशिक्षित करने के लिए उपयोग की जाने वाली गणना 2010 और 2024 के बीच प्रति वर्ष लगभग चार से पांच गुना बढ़ी।
यह दर सभी एआई कार्यभारों के बजाय फ्रंटियर ट्रेनिंग रन पर लागू होती है। फिर भी यह दर्शाता है कि बड़े त्वरक समूहों के आसपास संचार मांग कितनी तेजी से बढ़ सकती है।
I/O बैंडविड्थ एक सार्वभौमिक दोगुना करने के कार्यक्रम का पालन नहीं करती है। इसका विकास SerDes रोडमैप, स्विच सिलिकॉन, ऑप्टिकल इंटरफेस, पैकेजिंग, पावर डिलीवरी और कूलिंग पर निर्भर करता है।
व्यावहारिक चुनौती यह है कि संचार क्षमता को इतनी तेजी से बढ़ाया जाए कि यह अंतःसंपर्क को कम्प्यूटिंग प्रणाली को सीमित करने से रोक सके।
रिसीवर संवेदनशीलता, डीएसपी और एफईसी दंड
PAM4 चार आयाम स्तरों का उपयोग करके प्रति प्रतीक दो बिट्स ले जाता है, लेकिन उन स्तरों के बीच छोटे पृथक्करण NRZ की तुलना में शोर मार्जिन को कम करता है।
एकआईईईई 802.3 तकनीकी योगदानएनआरजेड के सापेक्ष पीएएम4 के लिए लगभग 4.8 डीबी के आदर्श ऑप्टिकल एसएनआर मॉड्यूलेशन दंड की गणना की गई। अतिरिक्त दंड सिग्नल बैंडविड्थ और कार्यान्वयन स्थितियों पर निर्भर करते हैं।
इसका मतलब यह नहीं है कि जब भी लेन दर दोगुनी होती है तो रिसीवर की संवेदनशीलता एक निश्चित राशि से बिगड़ जाती है। वास्तविक प्रदर्शन बाउड दर, रिसीवर बैंडविड्थ, चैनल हानि, समानांतर, शोर,एफईसी, और कार्यान्वयन मार्जिन।
डीएसपी और एफईसी सिग्नल की गुणवत्ता को बहाल कर सकते हैं और परिचालन मार्जिन का विस्तार कर सकते हैं, लेकिन वे बिजली का भी उपभोग करते हैं और देरी का परिचय देते हैं।इस प्रकार एकल लेन गति वृद्धि का लाभ कम हो जाता है क्योंकि अधिक विद्युत और डिजिटल मुआवजे की आवश्यकता होती है.
कैसे ऑप्टिकल मॉड्यूल पावर स्विच डिजाइन को सीमित करता है
मॉड्यूल शक्ति का प्रभाव तब स्पष्ट हो जाता है जब इसे एक पूर्ण स्विच में एकत्र किया जाता है।
51.2T बिजली-बजट उदाहरण
128 × 400G FR4 ऑप्टिकल मॉड्यूल के साथ भरा हुआ एक उदाहरण 51.2 Tb/s स्विच पर विचार करें:
| घटक | मात्रा | प्रति इकाई शक्ति | कुल शक्ति |
|---|---|---|---|
| 400G FR4 ऑप्टिकल मॉड्यूल | 128 | 10 W | 1,280 W |
| स्विच एएसआईसी | 1 | लगभग 900 W | लगभग 900 W |
| संयुक्त मॉड्यूल और एएसआईसी शक्ति | 🙏 | 🙏 | लगभग 2,180 W |
इस गणना में, ऑप्टिकल मॉड्यूल ऑप्टिकल मॉड्यूल और स्विच-एएसआईसी की संयुक्त शक्ति का लगभग 58.7% हैं।
यह प्रतिशत कुल स्विच इनपुट शक्ति का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, क्योंकि प्रशंसकों, नियामकों, नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स, और रूपांतरण नुकसान शामिल नहीं हैं।यह दर्शाता है कि ऑप्टिकल इंटरफेस स्विचिंग सिलिकॉन के रूप में एक ही पैमाने पर बिजली की खपत कर सकते हैं.
51.2T स्विच ऑप्टिकल पावर बजट
नेटवर्क पावर और कंप्यूटिंग घनत्व
एक निश्चित बिजली बजट के तहत, कम नेटवर्क शक्ति अधिक विद्युत और तापीय क्षमता को कंप्यूटिंग के लिए जारी कर सकती है।
वर्ष 2025 मेंफोटोनिक्स स्विचिंग की घोषणा, NVIDIA ने अपनी घोषित वास्तुकला के लिए 3.5 गुना अधिक बिजली दक्षता की सूचना दी है, इसकी घोषित पारंपरिक कार्यान्वयन आधार रेखा की तुलना में।
यह एक सार्वभौमिक सीपीओ दक्षता कारक के बजाय एक प्लेटफ़ॉर्म-विशिष्ट परिणाम है। जीपीयू घनत्व पर वास्तविक प्रभाव पोर्ट की संख्या, टोपोलॉजी, त्वरक शक्ति, शीतलन क्षमता पर भी निर्भर करता है,और रैक डिजाइन.
उच्च ऑप्टिकल शक्ति के तीन प्रणाली प्रभाव
| आरंभिक बाधा | तत्काल प्रभाव | प्रणाली परिणाम |
|---|---|---|
| उच्च लिंक शक्ति | कम बिजली कंप्यूटिंग के लिए बनी हुई है | कम त्वरक घनत्व |
| उच्च मॉड्यूल गर्मी | कम थर्मल मार्जिन | ठंडा करने की अधिक मांग |
| अधिक उच्च शक्ति वाले बंदरगाह | आगे के पैनल के ऊष्मा प्रवाह में वृद्धि | कम उपयोग योग्य बंदरगाह घनत्व |
ऑप्टिकल मॉड्यूल शक्ति के तीन प्रणाली प्रभाव
शक्ति और गणना घनत्व
नेटवर्क द्वारा खपत एक वाट को एक ही रैक लिफाफे के भीतर कहीं और आवंटित नहीं किया जा सकता है।
उच्च नेटवर्क शक्ति से प्रति रैक कम त्वरक, एक ही कार्यभार के लिए अधिक रैक, अतिरिक्त स्विच और सुविधा शीतलन की अधिक मांग हो सकती है।
इसलिए ऑप्टिकल मॉड्यूल की शक्ति एक वास्तुशिल्प चर है, न कि केवल एक घटक विनिर्देश।
बिजली और शीतलन की सीमाएँ
जैसे-जैसे प्लग करने योग्य मॉड्यूल 800G से आगे बढ़ते हैं, प्रत्येक फ्रंट-पैनल स्थिति से अधिक गर्मी को हटाया जाना चाहिए।
दओएसएफपी एमएसए तकनीकी दस्तावेजयह कहता है कि OSFP1600 फॉर्म फैक्टर 1600G डेटा सेंटर ऑप्टिक्स के लिए 30W से अधिक की थर्मल क्षमता प्रदान करता है। यह एक संदर्भ थर्मल लिफाफा है, प्रत्येक मॉड्यूल के लिए एक सार्वभौमिक शक्ति रेटिंग नहीं है।
वास्तविक शक्ति पहुंच, डीएसपी कार्यान्वयन, तरंग दैर्ध्यों की संख्या, लेजर व्यवस्था, मेजबान इंटरफ़ेस और ऑपरेटिंग तापमान पर निर्भर करती है।
पर्याप्त ऊष्मा प्रवाह पर, बढ़ते वायु प्रवाह कम प्रभावी हो जाता है। तरल शीतलन उच्च शक्ति वाले घटकों के पास एक ठंडी प्लेट में गर्मी स्थानांतरित करके थर्मल पथ को छोटा करता है।
ASHRAE मार्गदर्शनउच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग वातावरण में 40 से 45 डिग्री सेल्सियस के दायरे में प्रत्यक्ष गर्म पानी ठंडा दस्तावेज। यह प्रत्येक ऑप्टिकल मॉड्यूल के लिए आवश्यक शीतलक तापमान को परिभाषित नहीं करता है,लेकिन यह पुष्टि करता है कि गर्म पानी ठंडा एक स्थापित डेटा केंद्र दृष्टिकोण है.
शक्ति, तापमान और विश्वसनीयता
एक बड़े एआई कपड़े में, कम घटक-स्तर की विफलता की संभावना भी एक महत्वपूर्ण परिचालन बोझ पैदा कर सकती है।
कम ऑपरेटिंग तापमान कई अपघटन तंत्रों को धीमा कर सकता है, लेकिन तापमान और जीवन काल के बीच संबंध डिवाइस और विफलता मोड पर निर्भर करता है।
एनआईएसटी विश्वसनीयता मार्गदर्शनयह स्पष्ट करता है कि विभिन्न विफलता मोड के लिए विभिन्न त्वरण मॉडल की आवश्यकता हो सकती है।
इसलिए एक विश्वसनीयता विश्लेषण में संबंधित विफलता तंत्र की पहचान करना चाहिए, परिचालन तनाव को परिभाषित करना चाहिए और डेटा के साथ मॉडल को मान्य करना चाहिए।लेकिन यह एक सार्वभौमिक जीवनकाल गुणक का उत्पादन नहीं करता.
क्यों फ्रंट पैनल बैंडविड्थ की बाधा बन रहा है
एआई नेटवर्क को उच्च-रेडिक्स, कम ओवर सब्सक्रिप्शन स्विचिंग की आवश्यकता होती है। जब एक स्विच में अपर्याप्त बैंडविड्थ फिट होती है, तो अतिरिक्त स्पाइन या सुपर-स्पाइन चरणों की आवश्यकता हो सकती है।
अतिरिक्त चरण बढ़ सकते हैंः
विलंबता
स्विच और ऑप्टिकल लिंक की संख्या
बिजली की खपत
केबल की जटिलता
विफलता बिंदु
लागत
ओएसएफपी घनत्व और नेटवर्क विस्तार
दओएसएफपी एमएसए संदर्भ डिजाइनएक 1RU स्विच प्रस्तुत करता है जिसमें 32 OSFP1600 पोर्ट हैं जो 51.2 Tb/s कुल थ्रूपुट का समर्थन करते हैं।
यह एक सार्वभौमिक भौतिक सीमा के बजाय एक संदर्भ विन्यास है। फिर भी यह दर्शाता है कि फॉर्म-फैक्टर बैंडविड्थ स्विच की संख्या और नेटवर्क टोपोलॉजी को कैसे प्रभावित कर सकती है।
मॉड्यूल बैंडविड्थ में वृद्धि से आवश्यक भौतिक बंदरगाहों की संख्या कम हो सकती है, लेकिन केवल तभी जब बिजली, शीतलन, विद्युत रूटिंग और फाइबर प्रबंधन व्यावहारिक रहे।
बैंडविड्थ घनत्व एक थर्मल समस्या है
एक मॉड्यूल को छोटा किया जा सकता है, लेकिन इसकी शक्ति उसी दर से कम नहीं हो सकती है। परिणाम सामने के पैनल के भीतर अधिक गर्मी प्रवाह है।
इसलिए उपयोग करने योग्य घनत्व निम्न से प्रभावित होता हैः
पिंजरे और हीट सिंक का प्रदर्शन
पीसीबी बिजली वितरण
मेजबान विद्युत रूटिंग
कनेक्टर और फाइबर घनत्व
शीतलन प्रणाली की क्षमता
अधिकतम घटक तापमान
उच्च बैंडविड्थ पर, एक फॉर्म फैक्टर का व्यावहारिक घनत्व इस बात से निर्धारित होता है कि पूरी प्रणाली कितनी गर्मी निकाल सकती है।
फ्रंट-पैनल घनत्व और एक्सपीओ थर्मल आर्किटेक्चर
एक्सपीओः एम्बेडेड तरल शीतलन के साथ उच्च घनत्व
एक्सपीओ के लिए संक्षिप्तएक्सट्रा-डेंसिव प्लग करने योग्य ऑप्टिक्स.
मार्च 2026 में,एरिस्टा ने एक्सपीओ बहु-स्रोत समझौते की घोषणा कीघोषित आर्किटेक्चर में प्रति चैनल 200 जीबी/सेकंड की गति से 64 चैनलों का उपयोग किया गया है, जो प्रति मॉड्यूल 12.8 टीबी/सेकंड प्रदान करता है और प्रति ओपन-कंप्यूटिंग रैक यूनिट 204.8 टीबी/सेकंड के फ्रंट-पैनल बैंडविड्थ का लक्ष्य रखता है।
यह अवधारणा एक पेट-से-पेट दोहरी पीसीबी संरचना का उपयोग करती हैः
उच्च शक्ति वाले घटक तरल शीतलन संरचना की ओर अंदर की ओर मुड़ते हैं।
कम शक्ति वाले घटक बाहर की ओर मुड़े हुए हैं।
शीतलन मॉड्यूल वास्तुकला में एकीकृत है।
ऑप्टिकल असेंबली हटाने योग्य बनी हुई है।
| आयाम | OSFP1600 संदर्भ | एक्सपीओ आर्किटेक्चर की घोषणा |
|---|---|---|
| प्रति मॉड्यूल बैंडविड्थ | 1.6 Tb/s | 12.8 टीबी/सेकंड |
| चैनल संरचना | 8 × 200 जीबी/सेकंड | 64 × 200 जीबी/सेकंड |
| सामने के पैनल की क्षमता | 51.2 Tb/s प्रति 1RU | 204.8 Tb/s प्रति ओपन-कंप्यूटर रैक यूनिट |
| शीतलन | मुख्यतः हवा से ठंडा हीट सिंक | एकीकृत तरल शीतलन |
| प्रतिस्थापन मॉडल | प्लग करने योग्य | प्लग करने योग्य |
204.8 टीबी/सेकंड का मूल्य फ्रंट पैनल बैंडविड्थ क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है, न कि एक रैक यूनिट में 128 भौतिक मॉड्यूल।
एक्सपीओ का मुख्य डिजाइन तर्क सेवा योग्यता है। यह समानांतरता को बढ़ाते हुए और थर्मल पथ में सुधार करते हुए प्रतिस्थापन योग्य मॉड्यूल मॉडल को बनाए रखने का प्रयास करता है।
पारंपरिक प्लग करने योग्य ऑप्टिक्स, एलपीओ, सीपीओ और एक्सपीओ
| वास्तुकला | मुख्य लाभ | मुख्य सीमा | सेवा करने की क्षमता |
|---|---|---|---|
| पारंपरिक प्लग करने योग्य | परिपक्व पारिस्थितिकी तंत्र | उच्च विद्युत और डीएसपी ओवरहेड | मजबूत |
| एलपीओ | निचला मॉड्यूल पक्ष प्रसंस्करण | संकीर्ण होस्ट और लिंक मार्जिन | मजबूत |
| सीपीओ | बहुत छोटा विद्युत पथ | पैकेजिंग और प्रतिस्थापन जटिलता | सीमित |
| एक्सपीओ | तरल शीतलन के साथ उच्च प्लग करने योग्य घनत्व | नए इंटरफेस और पारिस्थितिकी तंत्र आवश्यकताएं | मजबूत |
पारंपरिक प्लग करने योग्य बनाम LPO बनाम CPO बनाम XPO
पारंपरिक प्लग-इन ऑप्टिक्स
पारंपरिक प्लग करने योग्य मॉड्यूल हाई स्पीड इलेक्ट्रिकल ट्रेस के माध्यम से स्विच एएसआईसी से जुड़ते हैं।
वे हॉट-स्वैप प्रतिस्थापन, स्पष्ट विफलता अलगाव, स्वतंत्र मॉड्यूल योग्यता और परिपक्व बहु-विक्रेता आपूर्ति प्रदान करते हैं।
उनकी मुख्य कमजोरी विद्युत पथ है। उच्च लेन दरों पर, पीसीबी और कनेक्टर नुकसान अधिक समानांतर और संकेत प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है,जबकि गर्मी अभी भी एक प्रतिबंधित सामने पैनल संरचना के माध्यम से हटाया जाना चाहिए.
एलपीओ
रैखिक प्लग करने योग्य ऑप्टिक्सपारंपरिक मॉड्यूल डीएसपी को हटा देता है और मेजबान और मॉड्यूल के बीच एक एनालॉग पथ बनाए रखता है।
दएलपीओ एमएसए विनिर्देशमेजबान को FEC, रीटाइमिंग और डेटा रूपांतरण जैसे कार्य सौंपता है और अंतर-कार्यात्मकता का समर्थन करने के उद्देश्य से परीक्षण बिंदुओं को परिभाषित करता है।
मॉड्यूल-साइड डीएसपी को हटाने से मॉड्यूल की शक्ति और प्रसंस्करण देरी कम हो सकती है, लेकिन यह मेजबान SerDes गुणवत्ता, चैनल हानि, ट्रांसमीटर रैखिकता, रिसीवर शोर और लिंक मार्जिन पर अधिक मांग करता है।
एलपीओ में एक सार्वभौमिक शक्ति, विलंबता या पहुंच मूल्य नहीं है। ये पूर्ण मेजबान और ऑप्टिकल लिंक पर निर्भर करते हैं।
सीपीओ
सह-पैक किए गए ऑप्टिक्सऑप्टिकल इंजनों को स्विच एएसआईसी के निकट रखता है, जिससे उच्चतम गति वाले विद्युत कनेक्शनों की लंबाई और हानि कम होती है।
यह समानांतर, रीटाइमिंग और विद्युत I/O शक्ति को कम कर सकता है, लेकिन पैकेजिंग, फाइबर लगाव, थर्मल डिजाइन, विफलता अलगाव और क्षेत्र की मरम्मत में चुनौतियां पेश करता है।
वर्ष 2023 में,ऑप्टिकल इंटरनेटवर्किंग फोरम ने अपना 3.2T को-पैकेज्ड मॉड्यूल कार्यान्वयन समझौता प्रकाशित कियायह ईथरनेट स्विचिंग के लिए 3.2 टीबी/एस मॉड्यूल को परिभाषित करता है और पैकेज-एज बैंडविड्थ घनत्व के लगभग 140 जीबी/एस प्रति मिलीमीटर प्रदान करता है।
मई 2026 में, एनवीआईडीआईए ने कहा कि इसके स्पेक्ट्रम-एक्स ईथरनेट फोटोनिक्स स्विच उत्पादन में थे। यह एक महत्वपूर्ण वाणिज्यिक मील का पत्थर है, हालांकि यह उद्योग-व्यापी सीपीओ अपनाने का संकेत नहीं देता है।
एक्सपीओ
एक्सपीओ एक हटाने योग्य मॉड्यूल को बनाए रखता है जबकि अधिक समानांतरता और एकीकृत तरल शीतलन का उपयोग करता है।
यह सीपीओ से भिन्न संतुलन प्रदान करता हैः
पारंपरिक प्लग करने योग्य की तुलना में अधिक घनत्व
प्रत्यक्ष तरल शीतलन
फ़ील्ड प्रतिस्थापन
पैकेज स्तर पर ऑप्टिकल एकीकरण पर कम निर्भरता
इसकी शेष चुनौतियों में विद्युत इंटरफेस डिजाइन, कोल्ड प्लेट एकीकरण, फाइबर प्रबंधन, उत्पादन योग्यता और बहु-विक्रेता अंतरक्रियाशीलता शामिल हैं।
सीडब्ल्यूडीएम और डीडब्ल्यूडीएम सीपीओ तुलना
तरंग दैर्ध्य वास्तुकला लेजर डिजाइन, फाइबर गिनती, पैकेजिंग, ऑप्टिकल हानि और एकीकरण जटिलता को प्रभावित करती है।
सीडब्ल्यूडीएम और डीडब्ल्यूडीएम कार्यान्वयनों की तुलना अलग-अलग विलंबता या ऊर्जा-प्रति-बिट मूल्यों का उपयोग करके नहीं की जा सकती जब तक कि एक ही माप सीमा का उपयोग नहीं किया जाता।
विलंबता मान में निम्नलिखित शामिल या बाहर रखा जा सकता हैः
डीएसपी और एफईसी
रिटाइमिंग
बफरिंग
होस्ट इंटरफ़ेस
स्विच प्रसंस्करण
लिंक के एक या दोनों छोर
प्रति बिट ऊर्जा की गणना इस प्रकार की जाती हैः
प्रति बिट ऊर्जा = शक्ति ÷ वितरित बिट दर
हालांकि, गणना में यह परिभाषित करना होगा कि क्या इसमें मॉड्यूल, होस्ट SerDes, लेजर, डीएसपी, एफईसी, स्विच इंटरफेस और कूलिंग शामिल हैं।
डीडब्ल्यूडीएम एक फाइबर पर अधिक तरंग दैर्ध्य रख सकता है, संभावित रूप से घनत्व बढ़ा सकता है और फाइबर की संख्या को कम कर सकता है। इसके लिए तंग तरंग दैर्ध्य नियंत्रण, स्थिर लेजर आउटपुट,और अधिक जटिल ऑप्टिकल एकीकरण.
एकल चिप बहु तरंग दैर्ध्य स्रोत मूल्यांकन कार्यक्रमों में प्रवेश कर रहे हैं, लेकिन उनका उत्पादन मूल्य आउटपुट शक्ति, तरंग दैर्ध्य स्थिरता, दक्षता, उपज और जीवनकाल पर निर्भर करता है।
डीडब्ल्यूडीएम प्रत्येक सीपीओ प्रणाली में कम शक्ति या विलंबता की गारंटी नहीं देता है। परिणाम पूर्ण वास्तुकला पर निर्भर करता है।
स्केल अप बनाम स्केल आउट इंटरकनेक्ट
| आयाम | स्केल अप | स्केल आउट |
|---|---|---|
| दायरा | एक नोड, ट्रे या रैक के अंदर | सर्वर और रैक के माध्यम से |
| वर्तमान मध्यम | लघु तांबा और विद्युत कनेक्शन | प्लग करने योग्य ऑप्टिकल मॉड्यूल |
| मुख्य बिजली आपूर्ति | विद्युत हानि और समानांतर | ऑप्टिकल मॉड्यूल की शक्ति |
| मुख्य घनत्व मुद्दा | आंतरिक रूटिंग | सामने के पैनल का घनत्व |
| उम्मीदवार का विकास | ऑप्टिकल आई/ओ और सीपीओ | एलपीओ, सीपीओ, एक्सपीओ |
स्केल अप बनाम स्केल आउट ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट
स्केल अप
स्केल-अप नेटवर्क एक्सेलेरेटरों को जोड़ता है जो एक सख्ती से समन्वित प्रणाली के रूप में कार्य करना चाहिए।
तांबा कम दूरी पर आकर्षक रहता है क्योंकि यह कम लागत वाला और विद्युत रूप से सीधा होता है। सिग्नलिंग गति और चैनल हानि बढ़ने के साथ इसकी उपयोग करने योग्य पहुंच अधिक सीमित हो जाती है।
प्रकाशित प्रणाली अनुसंधान ने वर्तमान उच्च गति वाले तांबे के लिंक को अध्ययन किए गए डेटा सेंटर वातावरण में छोटी इंट्रा-रैक दूरी तक सीमित होने के रूप में वर्णित किया है।
400 जी पर तांबा पहुंच कार्यान्वयन-निर्भर है। यह केबल डिजाइन, कनेक्टर की संख्या, समानांतर, सम्मिलन-हानि बजट और उपलब्ध शक्ति के साथ भिन्न होता है।
ऑप्टिकल आई/ओ और सीपीओ अधिक आकर्षक हो जाते हैं जब तांबा बैंडविड्थ, रूटिंग घनत्व, दूरी और दक्षता का आवश्यक संयोजन प्रदान नहीं कर सकता है।
स्केल आउट
स्केल-आउट नेटवर्क स्विच के माध्यम से सर्वर और रैक को जोड़ता है।
इन्हें अधिक पहुंच, उच्च स्विच रेडिक्स, बड़े पोर्टों की संख्या और व्यावहारिक क्षेत्र प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है।
पारंपरिक प्लग-अप, एलपीओ, सीपीओ और एक्सपीओ इस समस्या के विभिन्न हिस्सों को संबोधित करते हैंः
एलपीओ मॉड्यूल-साइड प्रसंस्करण को कम करता है।
सीपीओ विद्युत पथ को छोटा करता है।
एक्सपीओ प्लग करने योग्य घनत्व और शीतलन क्षमता को बढ़ाता है।
संक्रमण को एक सार्वभौमिक अपनाने की तारीख के बजाय विशिष्ट मानकों और उत्पाद मील के पत्थर के माध्यम से समझा जाना चाहिए।
इंजीनियरिंग चयन ढांचा
आर्किटेक्चर का चयन सिस्टम आवश्यकता से शुरू होना चाहिए, न कि सबसे कम प्रकाशित मॉड्यूल-शक्ति मूल्य से।
प्रमुख प्रश्नों में शामिल हैंः
किस तक पहुंचना आवश्यक है?
किस शक्ति या ऊर्जा प्रति बिट सीमा लागू होती है?
क्या क्षेत्र का प्रतिस्थापन अनिवार्य है?
कौन सी शीतलन प्रणाली उपलब्ध है?
किस विलंब सीमा को मापा जा रहा है?
क्या बहु-विक्रेता अंतर-कार्यात्मकता की आवश्यकता है?
प्रति बिट ऊर्जा की सावधानीपूर्वक तुलना करें
उच्च-शक्ति वाले मॉड्यूल में प्रति बिट कम ऊर्जा हो सकती है यदि यह बहुत अधिक उपयोग करने योग्य बैंडविड्थ प्रदान करता है।
प्रत्येक तुलना में बिट दर, दिशा, लिंक अंत की संख्या, डीएसपी/एफईसी सीमा, लेजर शक्ति, होस्ट प्रोसेसिंग और कूलिंग ओवरहेड को परिभाषित किया जाना चाहिए।
पहुंच और लिंक मार्जिन का आकलन करें
कम शक्ति वाले आर्किटेक्चर कम चैनल मार्जिन के साथ काम कर सकते हैं।
चयन में संचरण दूरी, अंत से अंत तक लिंक बजट, मेजबान विद्युत-चैनल गुणवत्ता, संचालन तापमान, घटक भिन्नता और उम्र बढ़ने की स्थिति पर विचार किया जाना चाहिए।
शीतलन और रखरखाव का आकलन करें
किसी मॉड्यूल की नाममात्र शक्ति यह साबित नहीं करती है कि प्रत्येक चेसिस इसे ठंडा कर सकता है।
सिस्टम को प्रतिस्थापन योग्य इकाई को भी परिभाषित करना होगा। पारंपरिक प्लग करने योग्य मॉड्यूल को सरल प्रतिस्थापन प्रदान करते हैं, जबकि अधिक से अधिक एकीकरण मरम्मत की सीमा को लाइन कार्ड, पैकेज,या स्विच संयोजन.
पारिस्थितिकी तंत्र की परिपक्वता का आकलन करें
तकनीकी प्रदर्शन और पारिस्थितिकी तंत्र की परिपक्वता अलग-अलग प्रश्न हैं।
एक नया आर्किटेक्चर स्थिर विनिर्देशों, कई आपूर्तिकर्ताओं, सामान्य परीक्षण विधियों, सिद्ध पारस्परिक कार्यक्षमता या स्थापित मरम्मत प्रक्रियाओं से पहले मजबूत परिणाम दिखा सकता है।
एआई बुनियादी ढांचे के लिए पावर-डेंसिटी प्रतिबंध का क्या अर्थ है
भविष्य में बैंडविड्थ वृद्धि केवल एक चैनल की गति बढ़ाने पर निर्भर नहीं हो सकती है।
इसके लिए निम्नलिखित के संयोजन की आवश्यकता होगी:
समानांतर चैनल
तरंग दैर्ध्य मल्टीप्लेक्सिंग
कम विद्युत मार्ग
अधिक कुशल पैकेजिंग
कम हानि वाली सामग्री
थर्मल डिजाइन में सुधार
जैसे-जैसे हीट फ्लक्स बढ़ता है, बड़े बाहरी हीट सिंक कम रिटर्न प्रदान करते हैं। शीतलन को हीट स्रोत के करीब जाना चाहिए और ऑप्टिकल वास्तुकला का हिस्सा बनना चाहिए।
विश्वसनीयता को उपयुक्त ऑपरेटिंग तापमान, विफलता मोड-विशिष्ट योग्यता, मरम्मत योग्य सिस्टम सीमाओं और नेटवर्क स्तर की अतिरेक के माध्यम से भी संबोधित किया जाना चाहिए।
ऑप्टिकल मॉड्यूल, स्विच एएसआईसी, पैकेज, पीसीबी, शीतलन प्रणाली और नेटवर्क टोपोलॉजी को तेजी से एक प्रणाली के रूप में डिजाइन किया जाना चाहिए।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
ऑप्टिकल मॉड्यूल इतनी बिजली क्यों खपत करते हैं?
उच्च गति वाले मॉड्यूल के लिए लेजर ड्राइवर, रिसीवर, इक्वेलाइजेशन और अक्सर डीएसपी और एफईसी की आवश्यकता होती है। बिजली के चैनल के नुकसान और लेन गति में वृद्धि के साथ शक्ति भी बढ़ जाती है।
ऑप्टिकल मॉड्यूल बैंडविड्थ घनत्व को क्या सीमित करता है?
मुख्य सीमाएं फ्रंट-पैनल स्पेस, पावर डिलीवरी, इलेक्ट्रिकल रूटिंग, फाइबर प्रबंधन और शीतलन क्षमता हैं।
एलपीओ, सीपीओ और एक्सपीओ में क्या अंतर है?
एलपीओ मॉड्यूल डीएसपी को हटा देता है, सीपीओ ऑप्टिक्स को एएसआईसी के करीब रखता है, और एक्सपीओ उच्च समानांतरता और तरल शीतलन के साथ एक हटाने योग्य मॉड्यूल को जोड़ता है।
क्या सीपीओ हमेशा कम बिजली का उपयोग करता है?
हमेशा नहीं. परिणाम लेजर, मेजबान इंटरफ़ेस, डीएसपी / एफईसी सीमा, शीतलन, और सिस्टम के कौन से भाग शामिल हैं पर निर्भर करता है.
तापमान विश्वसनीयता को क्यों प्रभावित करता है?
कई अपघटन तंत्र उच्च तापमान पर तेज होते हैं, लेकिन सटीक संबंध उपकरण और विफलता मोड पर निर्भर करता है।
स्केल-अप और स्केल-आउट के लिए कौन सा आर्किटेक्चर बेहतर है?
स्केल-अप में कॉपर, ऑप्टिकल आई/ओ और सीपीओ जैसे कम दूरी के, कम विलंबता वाले समाधानों को प्राथमिकता दी जाती है। स्केल-आउट में पहुंच, स्विच घनत्व और सेवा पर अधिक जोर दिया जाता है।
एआई डेटा सेंटर नेटवर्क अब केवल एक ऑप्टिकल मॉड्यूल की अधिकतम संचरण दर द्वारा सीमित नहीं हैं। कठिन सवाल यह है कि क्या प्रणाली शक्ति, ठंडा, पैकेज,और आवश्यक कंप्यूटिंग पैमाने का समर्थन करने के लिए पर्याप्त ऑप्टिकल लिंक बनाए रखने.
चूंकि स्विच क्षमता 51.2 टीबी/सेकंड से आगे बढ़ जाती है और ऑप्टिकल इंटरफेस 400 जी और 800 जी से 1.6 टी और उच्च दरों की ओर प्रगति करते हैं, दो चर तेजी से निर्धारित करते हैं कि क्या वास्तुकला स्केल कर सकती हैः
ऑप्टिकल मॉड्यूल की बिजली की खपत
ऑप्टिकल मॉड्यूल बैंडविड्थ घनत्व
इन चरों का निकटता से संबंध है। प्रत्येक पोर्ट पर उच्च बैंडविड्थ आमतौर पर विद्युत हानि, सिग्नल-प्रसंस्करण जटिलता, गर्मी उत्पादन और शीतलन मांग को बढ़ाता है।एक ही सामने के पैनल में अधिक पोर्ट जोड़ने से गर्मी को एक छोटी जगह में केंद्रित किया जाता है.
परिणामी सीमा में न केवल ऑप्टिकल मॉड्यूल, बल्कि स्विच एएसआईसी, सर्डेस, पीसीबी, बिजली वितरण, शीतलन प्रणाली, फाइबर रूटिंग और रखरखाव मॉडल शामिल हैं।
ऑप्टिकल मॉड्यूल की शक्ति और बैंडविड्थ घनत्व सीमाएँ क्या हैं?
ऑप्टिकल मॉड्यूल बिजली की खपत सीमित करती है कि कम्प्यूटिंग के लिए कितनी विद्युत और थर्मल क्षमता उपलब्ध रहती है,जबकि बैंडविड्थ घनत्व का वर्णन करता है कि एक निश्चित पैनल के भीतर कितनी डेटा क्षमता स्थापित की जा सकती है, पैकेज, या रैक क्षेत्र विद्युत, तापीय, यांत्रिक, और विश्वसनीयता सीमाओं से अधिक नहीं।
किसी भी मीट्रिक का स्वतंत्र रूप से मूल्यांकन नहीं किया जाना चाहिए। अत्यधिक शक्ति के साथ एक उच्च बैंडविड्थ मॉड्यूल एक ही रैक में उपलब्ध कंप्यूटिंग क्षमता को कम कर सकता है।एक छोटा मॉड्यूल भौतिक घनत्व में सुधार कर सकता है जबकि एक गर्मी प्रवाह बनाता है जिसे चेसिस नहीं हटा सकता है.
एक सिस्टम बाधा के रूप में बिजली की खपत
एक रैक में एक परिमित शक्ति और शीतलन बजट होता है। ऑप्टिकल लिंक द्वारा उपयोग की जाने वाली शक्ति जीपीयू, मेमोरी, स्विच सिलिकॉन, भंडारण और सहायक शीतलन उपकरण के लिए उपलब्ध नहीं है।
एक छोटे से पोर्ट की संख्या पर, प्रति मॉड्यूल कुछ अतिरिक्त वाट प्रबंधनीय लग सकते हैं।अंतर एक प्रमुख बुनियादी ढांचा चर बन जाता है.
एक पूर्ण तुलना में निम्नलिखित शामिल हो सकते हैंः
ऑप्टिकल लिंक के दोनों छोर
मेजबान SerDes और रीटाइमिंग
डीएसपी और एफईसी
लेजर स्रोत की शक्ति
बिजली रूपांतरण हानि
शीतलन ओवरहेड
प्रकाशित वाट-प्रति-पोर्ट मूल्य सीधे तुलनीय नहीं हैं जब तक कि वे एक ही प्रणाली सीमा का उपयोग न करें।
थर्मल बाधा के रूप में बैंडविड्थ घनत्व
बैंडविड्थ घनत्व प्रति मॉड्यूल बैंडविड्थ, फ्रंट-पैनल उद्घाटन, रैक यूनिट, स्विच या वाट को संदर्भित कर सकता है। ये माप संबंधित हैं लेकिन विनिमेय नहीं हैं।
मॉड्यूल बैंडविड्थ को दोगुना करने से स्वचालित रूप से उपयोग करने योग्य स्विच घनत्व दोगुना नहीं होता है। सिस्टम को अभी भी पर्याप्त शक्ति प्रदान करनी चाहिए, सिग्नल अखंडता बनाए रखना चाहिए, गर्मी को हटा देना चाहिए, और कनेक्टर के लिए जगह छोड़नी चाहिए,रेशम, पिंजरे, और सेवा पहुंच।
उच्च शक्ति स्तरों पर, बैंडविड्थ घनत्व केवल पैनल आयामों के बजाय गर्मी हटाने पर अधिक निर्भर हो जाता है।
एकल लेन गति स्केलिंग का प्रभाव कम क्यों हो रहा है?
उच्च ऑप्टिकल बैंडविड्थ के लिए पारंपरिक मार्ग तेजी से विद्युत और ऑप्टिकल लेन पर बहुत निर्भर किया गया हैः
25G → 50G → 100G → 200G PAM4
यह मार्ग महत्वपूर्ण बना हुआ है, लेकिन प्रत्येक संक्रमण के लिए अधिक मांग वाले ट्रांसमीटर, रिसीवर, समानांतर, कोडिंग और सिग्नल अखंडता नियंत्रण की आवश्यकता होती है।शक्ति और जटिलता आवश्यक रूप से उपयोगी थ्रूपुट के अनुपात में स्केल नहीं करती है.
क्यों अधिक लेन दरें शक्ति और जटिलता बढ़ाती हैं
कंप्यूटिंग और I/O स्केलिंग गैप
एक विश्लेषणयुग एआई मॉडल डेटाबेसअनुमान है कि सीमांत एआई मॉडल को प्रशिक्षित करने के लिए उपयोग की जाने वाली गणना 2010 और 2024 के बीच प्रति वर्ष लगभग चार से पांच गुना बढ़ी।
यह दर सभी एआई कार्यभारों के बजाय फ्रंटियर ट्रेनिंग रन पर लागू होती है। फिर भी यह दर्शाता है कि बड़े त्वरक समूहों के आसपास संचार मांग कितनी तेजी से बढ़ सकती है।
I/O बैंडविड्थ एक सार्वभौमिक दोगुना करने के कार्यक्रम का पालन नहीं करती है। इसका विकास SerDes रोडमैप, स्विच सिलिकॉन, ऑप्टिकल इंटरफेस, पैकेजिंग, पावर डिलीवरी और कूलिंग पर निर्भर करता है।
व्यावहारिक चुनौती यह है कि संचार क्षमता को इतनी तेजी से बढ़ाया जाए कि यह अंतःसंपर्क को कम्प्यूटिंग प्रणाली को सीमित करने से रोक सके।
रिसीवर संवेदनशीलता, डीएसपी और एफईसी दंड
PAM4 चार आयाम स्तरों का उपयोग करके प्रति प्रतीक दो बिट्स ले जाता है, लेकिन उन स्तरों के बीच छोटे पृथक्करण NRZ की तुलना में शोर मार्जिन को कम करता है।
एकआईईईई 802.3 तकनीकी योगदानएनआरजेड के सापेक्ष पीएएम4 के लिए लगभग 4.8 डीबी के आदर्श ऑप्टिकल एसएनआर मॉड्यूलेशन दंड की गणना की गई। अतिरिक्त दंड सिग्नल बैंडविड्थ और कार्यान्वयन स्थितियों पर निर्भर करते हैं।
इसका मतलब यह नहीं है कि जब भी लेन दर दोगुनी होती है तो रिसीवर की संवेदनशीलता एक निश्चित राशि से बिगड़ जाती है। वास्तविक प्रदर्शन बाउड दर, रिसीवर बैंडविड्थ, चैनल हानि, समानांतर, शोर,एफईसी, और कार्यान्वयन मार्जिन।
डीएसपी और एफईसी सिग्नल की गुणवत्ता को बहाल कर सकते हैं और परिचालन मार्जिन का विस्तार कर सकते हैं, लेकिन वे बिजली का भी उपभोग करते हैं और देरी का परिचय देते हैं।इस प्रकार एकल लेन गति वृद्धि का लाभ कम हो जाता है क्योंकि अधिक विद्युत और डिजिटल मुआवजे की आवश्यकता होती है.
कैसे ऑप्टिकल मॉड्यूल पावर स्विच डिजाइन को सीमित करता है
मॉड्यूल शक्ति का प्रभाव तब स्पष्ट हो जाता है जब इसे एक पूर्ण स्विच में एकत्र किया जाता है।
51.2T बिजली-बजट उदाहरण
128 × 400G FR4 ऑप्टिकल मॉड्यूल के साथ भरा हुआ एक उदाहरण 51.2 Tb/s स्विच पर विचार करें:
| घटक | मात्रा | प्रति इकाई शक्ति | कुल शक्ति |
|---|---|---|---|
| 400G FR4 ऑप्टिकल मॉड्यूल | 128 | 10 W | 1,280 W |
| स्विच एएसआईसी | 1 | लगभग 900 W | लगभग 900 W |
| संयुक्त मॉड्यूल और एएसआईसी शक्ति | 🙏 | 🙏 | लगभग 2,180 W |
इस गणना में, ऑप्टिकल मॉड्यूल ऑप्टिकल मॉड्यूल और स्विच-एएसआईसी की संयुक्त शक्ति का लगभग 58.7% हैं।
यह प्रतिशत कुल स्विच इनपुट शक्ति का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, क्योंकि प्रशंसकों, नियामकों, नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स, और रूपांतरण नुकसान शामिल नहीं हैं।यह दर्शाता है कि ऑप्टिकल इंटरफेस स्विचिंग सिलिकॉन के रूप में एक ही पैमाने पर बिजली की खपत कर सकते हैं.
51.2T स्विच ऑप्टिकल पावर बजट
नेटवर्क पावर और कंप्यूटिंग घनत्व
एक निश्चित बिजली बजट के तहत, कम नेटवर्क शक्ति अधिक विद्युत और तापीय क्षमता को कंप्यूटिंग के लिए जारी कर सकती है।
वर्ष 2025 मेंफोटोनिक्स स्विचिंग की घोषणा, NVIDIA ने अपनी घोषित वास्तुकला के लिए 3.5 गुना अधिक बिजली दक्षता की सूचना दी है, इसकी घोषित पारंपरिक कार्यान्वयन आधार रेखा की तुलना में।
यह एक सार्वभौमिक सीपीओ दक्षता कारक के बजाय एक प्लेटफ़ॉर्म-विशिष्ट परिणाम है। जीपीयू घनत्व पर वास्तविक प्रभाव पोर्ट की संख्या, टोपोलॉजी, त्वरक शक्ति, शीतलन क्षमता पर भी निर्भर करता है,और रैक डिजाइन.
उच्च ऑप्टिकल शक्ति के तीन प्रणाली प्रभाव
| आरंभिक बाधा | तत्काल प्रभाव | प्रणाली परिणाम |
|---|---|---|
| उच्च लिंक शक्ति | कम बिजली कंप्यूटिंग के लिए बनी हुई है | कम त्वरक घनत्व |
| उच्च मॉड्यूल गर्मी | कम थर्मल मार्जिन | ठंडा करने की अधिक मांग |
| अधिक उच्च शक्ति वाले बंदरगाह | आगे के पैनल के ऊष्मा प्रवाह में वृद्धि | कम उपयोग योग्य बंदरगाह घनत्व |
ऑप्टिकल मॉड्यूल शक्ति के तीन प्रणाली प्रभाव
शक्ति और गणना घनत्व
नेटवर्क द्वारा खपत एक वाट को एक ही रैक लिफाफे के भीतर कहीं और आवंटित नहीं किया जा सकता है।
उच्च नेटवर्क शक्ति से प्रति रैक कम त्वरक, एक ही कार्यभार के लिए अधिक रैक, अतिरिक्त स्विच और सुविधा शीतलन की अधिक मांग हो सकती है।
इसलिए ऑप्टिकल मॉड्यूल की शक्ति एक वास्तुशिल्प चर है, न कि केवल एक घटक विनिर्देश।
बिजली और शीतलन की सीमाएँ
जैसे-जैसे प्लग करने योग्य मॉड्यूल 800G से आगे बढ़ते हैं, प्रत्येक फ्रंट-पैनल स्थिति से अधिक गर्मी को हटाया जाना चाहिए।
दओएसएफपी एमएसए तकनीकी दस्तावेजयह कहता है कि OSFP1600 फॉर्म फैक्टर 1600G डेटा सेंटर ऑप्टिक्स के लिए 30W से अधिक की थर्मल क्षमता प्रदान करता है। यह एक संदर्भ थर्मल लिफाफा है, प्रत्येक मॉड्यूल के लिए एक सार्वभौमिक शक्ति रेटिंग नहीं है।
वास्तविक शक्ति पहुंच, डीएसपी कार्यान्वयन, तरंग दैर्ध्यों की संख्या, लेजर व्यवस्था, मेजबान इंटरफ़ेस और ऑपरेटिंग तापमान पर निर्भर करती है।
पर्याप्त ऊष्मा प्रवाह पर, बढ़ते वायु प्रवाह कम प्रभावी हो जाता है। तरल शीतलन उच्च शक्ति वाले घटकों के पास एक ठंडी प्लेट में गर्मी स्थानांतरित करके थर्मल पथ को छोटा करता है।
ASHRAE मार्गदर्शनउच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग वातावरण में 40 से 45 डिग्री सेल्सियस के दायरे में प्रत्यक्ष गर्म पानी ठंडा दस्तावेज। यह प्रत्येक ऑप्टिकल मॉड्यूल के लिए आवश्यक शीतलक तापमान को परिभाषित नहीं करता है,लेकिन यह पुष्टि करता है कि गर्म पानी ठंडा एक स्थापित डेटा केंद्र दृष्टिकोण है.
शक्ति, तापमान और विश्वसनीयता
एक बड़े एआई कपड़े में, कम घटक-स्तर की विफलता की संभावना भी एक महत्वपूर्ण परिचालन बोझ पैदा कर सकती है।
कम ऑपरेटिंग तापमान कई अपघटन तंत्रों को धीमा कर सकता है, लेकिन तापमान और जीवन काल के बीच संबंध डिवाइस और विफलता मोड पर निर्भर करता है।
एनआईएसटी विश्वसनीयता मार्गदर्शनयह स्पष्ट करता है कि विभिन्न विफलता मोड के लिए विभिन्न त्वरण मॉडल की आवश्यकता हो सकती है।
इसलिए एक विश्वसनीयता विश्लेषण में संबंधित विफलता तंत्र की पहचान करना चाहिए, परिचालन तनाव को परिभाषित करना चाहिए और डेटा के साथ मॉडल को मान्य करना चाहिए।लेकिन यह एक सार्वभौमिक जीवनकाल गुणक का उत्पादन नहीं करता.
क्यों फ्रंट पैनल बैंडविड्थ की बाधा बन रहा है
एआई नेटवर्क को उच्च-रेडिक्स, कम ओवर सब्सक्रिप्शन स्विचिंग की आवश्यकता होती है। जब एक स्विच में अपर्याप्त बैंडविड्थ फिट होती है, तो अतिरिक्त स्पाइन या सुपर-स्पाइन चरणों की आवश्यकता हो सकती है।
अतिरिक्त चरण बढ़ सकते हैंः
विलंबता
स्विच और ऑप्टिकल लिंक की संख्या
बिजली की खपत
केबल की जटिलता
विफलता बिंदु
लागत
ओएसएफपी घनत्व और नेटवर्क विस्तार
दओएसएफपी एमएसए संदर्भ डिजाइनएक 1RU स्विच प्रस्तुत करता है जिसमें 32 OSFP1600 पोर्ट हैं जो 51.2 Tb/s कुल थ्रूपुट का समर्थन करते हैं।
यह एक सार्वभौमिक भौतिक सीमा के बजाय एक संदर्भ विन्यास है। फिर भी यह दर्शाता है कि फॉर्म-फैक्टर बैंडविड्थ स्विच की संख्या और नेटवर्क टोपोलॉजी को कैसे प्रभावित कर सकती है।
मॉड्यूल बैंडविड्थ में वृद्धि से आवश्यक भौतिक बंदरगाहों की संख्या कम हो सकती है, लेकिन केवल तभी जब बिजली, शीतलन, विद्युत रूटिंग और फाइबर प्रबंधन व्यावहारिक रहे।
बैंडविड्थ घनत्व एक थर्मल समस्या है
एक मॉड्यूल को छोटा किया जा सकता है, लेकिन इसकी शक्ति उसी दर से कम नहीं हो सकती है। परिणाम सामने के पैनल के भीतर अधिक गर्मी प्रवाह है।
इसलिए उपयोग करने योग्य घनत्व निम्न से प्रभावित होता हैः
पिंजरे और हीट सिंक का प्रदर्शन
पीसीबी बिजली वितरण
मेजबान विद्युत रूटिंग
कनेक्टर और फाइबर घनत्व
शीतलन प्रणाली की क्षमता
अधिकतम घटक तापमान
उच्च बैंडविड्थ पर, एक फॉर्म फैक्टर का व्यावहारिक घनत्व इस बात से निर्धारित होता है कि पूरी प्रणाली कितनी गर्मी निकाल सकती है।
फ्रंट-पैनल घनत्व और एक्सपीओ थर्मल आर्किटेक्चर
एक्सपीओः एम्बेडेड तरल शीतलन के साथ उच्च घनत्व
एक्सपीओ के लिए संक्षिप्तएक्सट्रा-डेंसिव प्लग करने योग्य ऑप्टिक्स.
मार्च 2026 में,एरिस्टा ने एक्सपीओ बहु-स्रोत समझौते की घोषणा कीघोषित आर्किटेक्चर में प्रति चैनल 200 जीबी/सेकंड की गति से 64 चैनलों का उपयोग किया गया है, जो प्रति मॉड्यूल 12.8 टीबी/सेकंड प्रदान करता है और प्रति ओपन-कंप्यूटिंग रैक यूनिट 204.8 टीबी/सेकंड के फ्रंट-पैनल बैंडविड्थ का लक्ष्य रखता है।
यह अवधारणा एक पेट-से-पेट दोहरी पीसीबी संरचना का उपयोग करती हैः
उच्च शक्ति वाले घटक तरल शीतलन संरचना की ओर अंदर की ओर मुड़ते हैं।
कम शक्ति वाले घटक बाहर की ओर मुड़े हुए हैं।
शीतलन मॉड्यूल वास्तुकला में एकीकृत है।
ऑप्टिकल असेंबली हटाने योग्य बनी हुई है।
| आयाम | OSFP1600 संदर्भ | एक्सपीओ आर्किटेक्चर की घोषणा |
|---|---|---|
| प्रति मॉड्यूल बैंडविड्थ | 1.6 Tb/s | 12.8 टीबी/सेकंड |
| चैनल संरचना | 8 × 200 जीबी/सेकंड | 64 × 200 जीबी/सेकंड |
| सामने के पैनल की क्षमता | 51.2 Tb/s प्रति 1RU | 204.8 Tb/s प्रति ओपन-कंप्यूटर रैक यूनिट |
| शीतलन | मुख्यतः हवा से ठंडा हीट सिंक | एकीकृत तरल शीतलन |
| प्रतिस्थापन मॉडल | प्लग करने योग्य | प्लग करने योग्य |
204.8 टीबी/सेकंड का मूल्य फ्रंट पैनल बैंडविड्थ क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है, न कि एक रैक यूनिट में 128 भौतिक मॉड्यूल।
एक्सपीओ का मुख्य डिजाइन तर्क सेवा योग्यता है। यह समानांतरता को बढ़ाते हुए और थर्मल पथ में सुधार करते हुए प्रतिस्थापन योग्य मॉड्यूल मॉडल को बनाए रखने का प्रयास करता है।
पारंपरिक प्लग करने योग्य ऑप्टिक्स, एलपीओ, सीपीओ और एक्सपीओ
| वास्तुकला | मुख्य लाभ | मुख्य सीमा | सेवा करने की क्षमता |
|---|---|---|---|
| पारंपरिक प्लग करने योग्य | परिपक्व पारिस्थितिकी तंत्र | उच्च विद्युत और डीएसपी ओवरहेड | मजबूत |
| एलपीओ | निचला मॉड्यूल पक्ष प्रसंस्करण | संकीर्ण होस्ट और लिंक मार्जिन | मजबूत |
| सीपीओ | बहुत छोटा विद्युत पथ | पैकेजिंग और प्रतिस्थापन जटिलता | सीमित |
| एक्सपीओ | तरल शीतलन के साथ उच्च प्लग करने योग्य घनत्व | नए इंटरफेस और पारिस्थितिकी तंत्र आवश्यकताएं | मजबूत |
पारंपरिक प्लग करने योग्य बनाम LPO बनाम CPO बनाम XPO
पारंपरिक प्लग-इन ऑप्टिक्स
पारंपरिक प्लग करने योग्य मॉड्यूल हाई स्पीड इलेक्ट्रिकल ट्रेस के माध्यम से स्विच एएसआईसी से जुड़ते हैं।
वे हॉट-स्वैप प्रतिस्थापन, स्पष्ट विफलता अलगाव, स्वतंत्र मॉड्यूल योग्यता और परिपक्व बहु-विक्रेता आपूर्ति प्रदान करते हैं।
उनकी मुख्य कमजोरी विद्युत पथ है। उच्च लेन दरों पर, पीसीबी और कनेक्टर नुकसान अधिक समानांतर और संकेत प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है,जबकि गर्मी अभी भी एक प्रतिबंधित सामने पैनल संरचना के माध्यम से हटाया जाना चाहिए.
एलपीओ
रैखिक प्लग करने योग्य ऑप्टिक्सपारंपरिक मॉड्यूल डीएसपी को हटा देता है और मेजबान और मॉड्यूल के बीच एक एनालॉग पथ बनाए रखता है।
दएलपीओ एमएसए विनिर्देशमेजबान को FEC, रीटाइमिंग और डेटा रूपांतरण जैसे कार्य सौंपता है और अंतर-कार्यात्मकता का समर्थन करने के उद्देश्य से परीक्षण बिंदुओं को परिभाषित करता है।
मॉड्यूल-साइड डीएसपी को हटाने से मॉड्यूल की शक्ति और प्रसंस्करण देरी कम हो सकती है, लेकिन यह मेजबान SerDes गुणवत्ता, चैनल हानि, ट्रांसमीटर रैखिकता, रिसीवर शोर और लिंक मार्जिन पर अधिक मांग करता है।
एलपीओ में एक सार्वभौमिक शक्ति, विलंबता या पहुंच मूल्य नहीं है। ये पूर्ण मेजबान और ऑप्टिकल लिंक पर निर्भर करते हैं।
सीपीओ
सह-पैक किए गए ऑप्टिक्सऑप्टिकल इंजनों को स्विच एएसआईसी के निकट रखता है, जिससे उच्चतम गति वाले विद्युत कनेक्शनों की लंबाई और हानि कम होती है।
यह समानांतर, रीटाइमिंग और विद्युत I/O शक्ति को कम कर सकता है, लेकिन पैकेजिंग, फाइबर लगाव, थर्मल डिजाइन, विफलता अलगाव और क्षेत्र की मरम्मत में चुनौतियां पेश करता है।
वर्ष 2023 में,ऑप्टिकल इंटरनेटवर्किंग फोरम ने अपना 3.2T को-पैकेज्ड मॉड्यूल कार्यान्वयन समझौता प्रकाशित कियायह ईथरनेट स्विचिंग के लिए 3.2 टीबी/एस मॉड्यूल को परिभाषित करता है और पैकेज-एज बैंडविड्थ घनत्व के लगभग 140 जीबी/एस प्रति मिलीमीटर प्रदान करता है।
मई 2026 में, एनवीआईडीआईए ने कहा कि इसके स्पेक्ट्रम-एक्स ईथरनेट फोटोनिक्स स्विच उत्पादन में थे। यह एक महत्वपूर्ण वाणिज्यिक मील का पत्थर है, हालांकि यह उद्योग-व्यापी सीपीओ अपनाने का संकेत नहीं देता है।
एक्सपीओ
एक्सपीओ एक हटाने योग्य मॉड्यूल को बनाए रखता है जबकि अधिक समानांतरता और एकीकृत तरल शीतलन का उपयोग करता है।
यह सीपीओ से भिन्न संतुलन प्रदान करता हैः
पारंपरिक प्लग करने योग्य की तुलना में अधिक घनत्व
प्रत्यक्ष तरल शीतलन
फ़ील्ड प्रतिस्थापन
पैकेज स्तर पर ऑप्टिकल एकीकरण पर कम निर्भरता
इसकी शेष चुनौतियों में विद्युत इंटरफेस डिजाइन, कोल्ड प्लेट एकीकरण, फाइबर प्रबंधन, उत्पादन योग्यता और बहु-विक्रेता अंतरक्रियाशीलता शामिल हैं।
सीडब्ल्यूडीएम और डीडब्ल्यूडीएम सीपीओ तुलना
तरंग दैर्ध्य वास्तुकला लेजर डिजाइन, फाइबर गिनती, पैकेजिंग, ऑप्टिकल हानि और एकीकरण जटिलता को प्रभावित करती है।
सीडब्ल्यूडीएम और डीडब्ल्यूडीएम कार्यान्वयनों की तुलना अलग-अलग विलंबता या ऊर्जा-प्रति-बिट मूल्यों का उपयोग करके नहीं की जा सकती जब तक कि एक ही माप सीमा का उपयोग नहीं किया जाता।
विलंबता मान में निम्नलिखित शामिल या बाहर रखा जा सकता हैः
डीएसपी और एफईसी
रिटाइमिंग
बफरिंग
होस्ट इंटरफ़ेस
स्विच प्रसंस्करण
लिंक के एक या दोनों छोर
प्रति बिट ऊर्जा की गणना इस प्रकार की जाती हैः
प्रति बिट ऊर्जा = शक्ति ÷ वितरित बिट दर
हालांकि, गणना में यह परिभाषित करना होगा कि क्या इसमें मॉड्यूल, होस्ट SerDes, लेजर, डीएसपी, एफईसी, स्विच इंटरफेस और कूलिंग शामिल हैं।
डीडब्ल्यूडीएम एक फाइबर पर अधिक तरंग दैर्ध्य रख सकता है, संभावित रूप से घनत्व बढ़ा सकता है और फाइबर की संख्या को कम कर सकता है। इसके लिए तंग तरंग दैर्ध्य नियंत्रण, स्थिर लेजर आउटपुट,और अधिक जटिल ऑप्टिकल एकीकरण.
एकल चिप बहु तरंग दैर्ध्य स्रोत मूल्यांकन कार्यक्रमों में प्रवेश कर रहे हैं, लेकिन उनका उत्पादन मूल्य आउटपुट शक्ति, तरंग दैर्ध्य स्थिरता, दक्षता, उपज और जीवनकाल पर निर्भर करता है।
डीडब्ल्यूडीएम प्रत्येक सीपीओ प्रणाली में कम शक्ति या विलंबता की गारंटी नहीं देता है। परिणाम पूर्ण वास्तुकला पर निर्भर करता है।
स्केल अप बनाम स्केल आउट इंटरकनेक्ट
| आयाम | स्केल अप | स्केल आउट |
|---|---|---|
| दायरा | एक नोड, ट्रे या रैक के अंदर | सर्वर और रैक के माध्यम से |
| वर्तमान मध्यम | लघु तांबा और विद्युत कनेक्शन | प्लग करने योग्य ऑप्टिकल मॉड्यूल |
| मुख्य बिजली आपूर्ति | विद्युत हानि और समानांतर | ऑप्टिकल मॉड्यूल की शक्ति |
| मुख्य घनत्व मुद्दा | आंतरिक रूटिंग | सामने के पैनल का घनत्व |
| उम्मीदवार का विकास | ऑप्टिकल आई/ओ और सीपीओ | एलपीओ, सीपीओ, एक्सपीओ |
स्केल अप बनाम स्केल आउट ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट
स्केल अप
स्केल-अप नेटवर्क एक्सेलेरेटरों को जोड़ता है जो एक सख्ती से समन्वित प्रणाली के रूप में कार्य करना चाहिए।
तांबा कम दूरी पर आकर्षक रहता है क्योंकि यह कम लागत वाला और विद्युत रूप से सीधा होता है। सिग्नलिंग गति और चैनल हानि बढ़ने के साथ इसकी उपयोग करने योग्य पहुंच अधिक सीमित हो जाती है।
प्रकाशित प्रणाली अनुसंधान ने वर्तमान उच्च गति वाले तांबे के लिंक को अध्ययन किए गए डेटा सेंटर वातावरण में छोटी इंट्रा-रैक दूरी तक सीमित होने के रूप में वर्णित किया है।
400 जी पर तांबा पहुंच कार्यान्वयन-निर्भर है। यह केबल डिजाइन, कनेक्टर की संख्या, समानांतर, सम्मिलन-हानि बजट और उपलब्ध शक्ति के साथ भिन्न होता है।
ऑप्टिकल आई/ओ और सीपीओ अधिक आकर्षक हो जाते हैं जब तांबा बैंडविड्थ, रूटिंग घनत्व, दूरी और दक्षता का आवश्यक संयोजन प्रदान नहीं कर सकता है।
स्केल आउट
स्केल-आउट नेटवर्क स्विच के माध्यम से सर्वर और रैक को जोड़ता है।
इन्हें अधिक पहुंच, उच्च स्विच रेडिक्स, बड़े पोर्टों की संख्या और व्यावहारिक क्षेत्र प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है।
पारंपरिक प्लग-अप, एलपीओ, सीपीओ और एक्सपीओ इस समस्या के विभिन्न हिस्सों को संबोधित करते हैंः
एलपीओ मॉड्यूल-साइड प्रसंस्करण को कम करता है।
सीपीओ विद्युत पथ को छोटा करता है।
एक्सपीओ प्लग करने योग्य घनत्व और शीतलन क्षमता को बढ़ाता है।
संक्रमण को एक सार्वभौमिक अपनाने की तारीख के बजाय विशिष्ट मानकों और उत्पाद मील के पत्थर के माध्यम से समझा जाना चाहिए।
इंजीनियरिंग चयन ढांचा
आर्किटेक्चर का चयन सिस्टम आवश्यकता से शुरू होना चाहिए, न कि सबसे कम प्रकाशित मॉड्यूल-शक्ति मूल्य से।
प्रमुख प्रश्नों में शामिल हैंः
किस तक पहुंचना आवश्यक है?
किस शक्ति या ऊर्जा प्रति बिट सीमा लागू होती है?
क्या क्षेत्र का प्रतिस्थापन अनिवार्य है?
कौन सी शीतलन प्रणाली उपलब्ध है?
किस विलंब सीमा को मापा जा रहा है?
क्या बहु-विक्रेता अंतर-कार्यात्मकता की आवश्यकता है?
प्रति बिट ऊर्जा की सावधानीपूर्वक तुलना करें
उच्च-शक्ति वाले मॉड्यूल में प्रति बिट कम ऊर्जा हो सकती है यदि यह बहुत अधिक उपयोग करने योग्य बैंडविड्थ प्रदान करता है।
प्रत्येक तुलना में बिट दर, दिशा, लिंक अंत की संख्या, डीएसपी/एफईसी सीमा, लेजर शक्ति, होस्ट प्रोसेसिंग और कूलिंग ओवरहेड को परिभाषित किया जाना चाहिए।
पहुंच और लिंक मार्जिन का आकलन करें
कम शक्ति वाले आर्किटेक्चर कम चैनल मार्जिन के साथ काम कर सकते हैं।
चयन में संचरण दूरी, अंत से अंत तक लिंक बजट, मेजबान विद्युत-चैनल गुणवत्ता, संचालन तापमान, घटक भिन्नता और उम्र बढ़ने की स्थिति पर विचार किया जाना चाहिए।
शीतलन और रखरखाव का आकलन करें
किसी मॉड्यूल की नाममात्र शक्ति यह साबित नहीं करती है कि प्रत्येक चेसिस इसे ठंडा कर सकता है।
सिस्टम को प्रतिस्थापन योग्य इकाई को भी परिभाषित करना होगा। पारंपरिक प्लग करने योग्य मॉड्यूल को सरल प्रतिस्थापन प्रदान करते हैं, जबकि अधिक से अधिक एकीकरण मरम्मत की सीमा को लाइन कार्ड, पैकेज,या स्विच संयोजन.
पारिस्थितिकी तंत्र की परिपक्वता का आकलन करें
तकनीकी प्रदर्शन और पारिस्थितिकी तंत्र की परिपक्वता अलग-अलग प्रश्न हैं।
एक नया आर्किटेक्चर स्थिर विनिर्देशों, कई आपूर्तिकर्ताओं, सामान्य परीक्षण विधियों, सिद्ध पारस्परिक कार्यक्षमता या स्थापित मरम्मत प्रक्रियाओं से पहले मजबूत परिणाम दिखा सकता है।
एआई बुनियादी ढांचे के लिए पावर-डेंसिटी प्रतिबंध का क्या अर्थ है
भविष्य में बैंडविड्थ वृद्धि केवल एक चैनल की गति बढ़ाने पर निर्भर नहीं हो सकती है।
इसके लिए निम्नलिखित के संयोजन की आवश्यकता होगी:
समानांतर चैनल
तरंग दैर्ध्य मल्टीप्लेक्सिंग
कम विद्युत मार्ग
अधिक कुशल पैकेजिंग
कम हानि वाली सामग्री
थर्मल डिजाइन में सुधार
जैसे-जैसे हीट फ्लक्स बढ़ता है, बड़े बाहरी हीट सिंक कम रिटर्न प्रदान करते हैं। शीतलन को हीट स्रोत के करीब जाना चाहिए और ऑप्टिकल वास्तुकला का हिस्सा बनना चाहिए।
विश्वसनीयता को उपयुक्त ऑपरेटिंग तापमान, विफलता मोड-विशिष्ट योग्यता, मरम्मत योग्य सिस्टम सीमाओं और नेटवर्क स्तर की अतिरेक के माध्यम से भी संबोधित किया जाना चाहिए।
ऑप्टिकल मॉड्यूल, स्विच एएसआईसी, पैकेज, पीसीबी, शीतलन प्रणाली और नेटवर्क टोपोलॉजी को तेजी से एक प्रणाली के रूप में डिजाइन किया जाना चाहिए।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
ऑप्टिकल मॉड्यूल इतनी बिजली क्यों खपत करते हैं?
उच्च गति वाले मॉड्यूल के लिए लेजर ड्राइवर, रिसीवर, इक्वेलाइजेशन और अक्सर डीएसपी और एफईसी की आवश्यकता होती है। बिजली के चैनल के नुकसान और लेन गति में वृद्धि के साथ शक्ति भी बढ़ जाती है।
ऑप्टिकल मॉड्यूल बैंडविड्थ घनत्व को क्या सीमित करता है?
मुख्य सीमाएं फ्रंट-पैनल स्पेस, पावर डिलीवरी, इलेक्ट्रिकल रूटिंग, फाइबर प्रबंधन और शीतलन क्षमता हैं।
एलपीओ, सीपीओ और एक्सपीओ में क्या अंतर है?
एलपीओ मॉड्यूल डीएसपी को हटा देता है, सीपीओ ऑप्टिक्स को एएसआईसी के करीब रखता है, और एक्सपीओ उच्च समानांतरता और तरल शीतलन के साथ एक हटाने योग्य मॉड्यूल को जोड़ता है।
क्या सीपीओ हमेशा कम बिजली का उपयोग करता है?
हमेशा नहीं. परिणाम लेजर, मेजबान इंटरफ़ेस, डीएसपी / एफईसी सीमा, शीतलन, और सिस्टम के कौन से भाग शामिल हैं पर निर्भर करता है.
तापमान विश्वसनीयता को क्यों प्रभावित करता है?
कई अपघटन तंत्र उच्च तापमान पर तेज होते हैं, लेकिन सटीक संबंध उपकरण और विफलता मोड पर निर्भर करता है।
स्केल-अप और स्केल-आउट के लिए कौन सा आर्किटेक्चर बेहतर है?
स्केल-अप में कॉपर, ऑप्टिकल आई/ओ और सीपीओ जैसे कम दूरी के, कम विलंबता वाले समाधानों को प्राथमिकता दी जाती है। स्केल-आउट में पहुंच, स्विच घनत्व और सेवा पर अधिक जोर दिया जाता है।
