光互連技術從100G 正在走向200G 和400G ,也許我們可以說,100G 光互連也只是到2018年才達到穩定的性能。所以我們基本可以斷言,在此之前建設的100G 數據中心都是危樓或建立在沙地上的房子,我們必須意識到這個存在的風險。
當下的大型數據中心基本沿襲了上個時代的100G CWDM4結構,并伴隨AOC 和DAC。我們今天有必要重新復述一個話題:建議是把數據中心切分為傳輸結構和互連結構兩個部分,在傳輸層采用 WDM 有源架構,而在互連層堅定地采用平行的PSM結構(包括平行光和平行電)。我們確實看到類似FB 的架構是十分簡潔,但是高成本的。所以我們也有必要論證成本經濟性和架構經濟性之間的關系。我們所要做的必須找到一種原則的排序關系,從而指引我們在困難取舍中做出最佳抉擇。
100G CWDM4成為爆品是付出高昂代價的。主要的原因是上個時代光芯片的穩定性和一致性欠佳。在上個時代,數據中心光互連處于毫無標準時期。(好在,至少我認為,易飛揚在2018年8月份為該款產品設計的標準是符合預期和應用的)現在業界都明白:可靠性、產品壽命和維護成本這些是彼此關聯的。目前的結論基本支持CWDM4從技術實現上符合100G 數據中心主流的特征,比較節約光纖,從維護多個不同款式產品到維護一個等等。但是從不同角度,這酷似簡潔架構的結論也有問題:
一、成本昂貴:在計算互連架構的時候我們傾向于不計算光纖的成本,因為計算這個成本處于本末倒置,引導我們的思維朝不能再土的方向。正如我們在構造大廈的時候,不會考慮要用多少涂料一樣。光纖是為系統服務的,正如涂料是為大廈服務的,或者糧食是為人類三餐服務的一樣。在互連的所有架構中引入WDM 技術,需要支付至少2-3倍模塊的成本。
二、總成本不經濟:我們之所以不傾向在互連架購中采用更多波分復用技術是因為密集網絡的信號分層最好是清晰的,可調度的。波分復用模塊主要是通過AWG或者自由空間光學技術把光纖成本砍掉3/4,但是它帶來高度的生產投入和工業界良品率問題。生產成本投入和良品篩選率犧牲了業界利潤率。事實上我們了解到絕大多數互連的距離還是500米之內,所以節省的光纖成本也是有限的。
三、維護成本是否經濟:爭議在于維護的經濟性。維護的經濟性在于產品的穩定性和網絡可重構性。從產品穩定性角度,目前CWDM4 的產品都在趨于成熟和可靠,但是和PSM類模塊還是差別一個數量級。當然這個數量級數據中心可以不考慮。那接下來就是網絡的可重構性。所謂重構就是在原來的地方推倒重來,是否還有剩下的東西。從人類綠色經濟性的角度,如果要在本來的地方升級現有網絡,則我們有必要接下去論證未來的網絡架構到底應該是什么模樣?然后我們回來檢驗這里的結論。
二年前我寫過《數據中心:平行還是波分復用》招致了一些批評。實踐中數據中心也正在走向CWDM4 覆蓋PSM4的結構。正如人類走過的道路一樣,正確的視野被錯誤的路線取代非常常見。一個從貧窮中長大的孩子肯定和出身富貴的孩子在世界觀和金錢觀上完全不同。2018年的OFC 人們確實熱炒了一把400G,但是它的確是不成熟的。按照2018年初對400G 的理解,基本是跳過PAM4技術直接采用 100G 單波DSP 技術植入400G 模塊。也就是跳過200G 直達一種超乎想象的400G ,這個跳躍不是一代,而是兩代,現在我們知道這種愿望顯然是太過于樂觀了。
從NRZ 到PAM4 再到DSP 是一個漸進型跨越,還是一步可以到達終極目標的跨越?我們還是要回到是傳輸還是互連本身去討論。我認為前兩者是互連架構,而到DSP 基本就是傳輸領域的事情。
DSP 要處理的工作和PAM4調制有根本的區別。DSP 是否能在客戶側模塊走向成功仍舊是未知數,我基本難以理解如果不對鏈路光層做任何處理,如何能采用DSP 去處理收回的信號畸變。當然正如我很多看法被時代的進步逐步校正一樣,嘗試爭論、探索和試錯正是人類技術和市場進步必經的領地。拋開對技術實現的不可預知,我們有4個分析架構,覆蓋了200G和400G 網絡:
分析之一是200G NRZ 的架構,這是一種采用8路平行信號的架構。優點是成本很低,密度很高,缺點是:光纖數量帶來的物理布線復雜性和一次性成本投入較高。
分析之二是 200G PAM4的架構,這是一種在電域做調制技術革新的FR4架構 。優點是成本適中,密度很高,相對于NRZ 架構去掉了大量光纖。缺點:如果有的話,和100G CWDM4雷同。
分析之三是 200G/400G 混合架構,這種架構將采用PAM4技術+8路復用的FR8 技術。優點是成本均衡,密度極高,光纖數量極少。缺點:光學結構和模塊性能的穩定性待察。
分析之四是:400G SIIICON 架構,這種架構借助SILICON 技術平臺可以實現理想的100G 單波傳輸,且不需要采用DSP。這種架構的優點顯然是成本經濟、密度適中、網絡高速而簡潔。缺點是SILICON 光模塊屬于替代性技術,尚需要時間孕育。
由此我們有一個小結:
1)純粹100G CWDM4 架構的演進是200G FR4 ,再往下是無法演進的,必須重新布線或增加光纖資源。
2)100G PSM4網絡架構的演進是 200G DR4 或者200G SILICON DR4 ,也可以持續演進為400G DR4。
3)200G NRZ 8路的網絡提供了富裕的光纖資源,未來演進不是問題,將很可能浪費掉一半光纖資源
我們目前沒有關注一個流行的400G 網絡結構:400G DR4+400G FR4 ,基本上我們認定這個架構極其難以實現。這個架構是人們超越技術難度的美麗幻象,從實用角度也不一定是經濟的。
我們理解人們(也包括我們自己)一直在找尋一種簡潔、可重構以及成本經濟的數據中心,但是人們的排序通常是:簡潔===可重構===成本===技術可實現。這違背了事物規律。實現違背事物規律的結果就是額外的開支。人類的確沒有什么做不到的,很多時候是不惜成本的任性。從專業的角度我們最好是:成本===技術===簡潔===可重構。
成本:數據中心必定必須成本導向。人類只有圍繞成本導向的經濟是最合理且符合整體收益的。由于經濟的出發點是成本和收益的關系。不計成本的產業結構扭曲了技術和簡潔性以及世界秩序。
技術:技術是有其實現的時間進程的,不同期技術的使用和成本呈現對應的關系。成本決定了技術規模。而不是強行為一種技術去刻意降低成本。比如我們為太陽能和電動車強行推進技術規模,從而降低成本,讓人類付出了極其高昂的代價。
簡潔:簡潔性不能泛泛去看,或從表面去看那一種幼稚的簡潔。簡潔性是一種過程設計的結果,它不能成為一種初衷。我們說設計必須簡潔是指:蘊藏所有能力和技術之后,找到一種簡潔的表達。簡潔是一種把復雜抽象后的藝術。表面的簡潔可以理解為涂鴉也可以理解為一知半解。
可重構:可重構是非常困難的。人類走過的技術路線表現,技術和網絡都是不可重構的,這的確造成了大量浪費。可重構使命要求人類必須按照計劃去做生產和投入。無節制浪費為本的市場經濟本質是不可重構的。目前人類還無法做到技術的可重構,所以我們與其把計劃做好,也不要去想如何重構!