Мідні трансивери SFP 10G вимагають менше енергії

 

 

 

Еволюція чіпів, про яку ніхто не говорить

 

З 2018 року я розгорнув сотні цих модулів, і різниця в енергоспоживанні полягає не лише в покращенні технічних характеристик-це можна буквально відчути. Модулі першого-покоління, які я встановив у закладі спільного розміщення, нагрівалися настільки, що команда з експлуатації скаржилася на стрибки температури навколишнього середовища в холодному проході. Нам не вдалося заповнити суміжні порти SFP+. Крапка.

Поворотним моментом став випуск BCM84891 від Broadcom. Цей чіп знизив енергоспоживання приблизно до 1,6 Вт на відстані 30 метрів і 2,0 Вт під час пробігу на 80- метрів. Для порівняння, старіший Marvell 88X3310 (варіант не P) все ще має типове споживання близько 3,3 Вт. Новіший Marvell 88X3310P значно знизився, хоча доступність була незначною протягом більшої частини 2023 року.

Тут важлива не просто цифра потужності в технічному паспорті. Кожен ват споживається 10 г мідітрансивер sfpозначає приблизно два додаткові вати охолоджувального навантаження. Помножте це на 48-портових комутаторів ToR, а потім масштабуйте на сотні стійок – різниця OPEX стане суттєвою.

 

Реальне-розгортання: коли математика руйнується

 

Ось де я визнаю те, про що документація постачальника вам не скаже. Навіть з модулями менше 2,5 Вт ви все одно не можете повністю заповнити кожен порт SFP+ мідними трансиверами на більшості комерційних комутаторів. Тепловий бюджет просто не дозволяє. Я бачив комутатори серії Cisco Nexus 9000, де технічна підтримка прямо рекомендує залишати проміжки між заповненими портами. Документація Arista для певних моделей 7050 передбачає подібні обмеження.

Відповідність стандарту IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet дещо допомагає. Ці модулі зменшують потужність під час періодів простою, що реально охоплює, можливо, 60-70% типового робочого часу корпоративної мережі. Але сценарії вибухового трафіку-вікна резервного копіювання, міграції віртуальних машин, завдання реплікації сховища все одно підштовхують модулі до повного використання.

 

 

Затримка: прихований компроміс-

 

Енергоефективність коштує дорого, і це те, що рідко з’являється в рішеннях про покупку. Мідний трансивер sfp 10g забезпечує затримку приблизно 2,6 мкс на стрибок через накладні витрати на кодування IEEE 802.3an. Оптичні модулі SFP+ на 850 нм? Близько 0,1 мкс. Навіть пасивні кабелі Twinax ЦАП мають частоту 0,3 мкс.

Для більшості корпоративних навантажень нікого не хвилює. Але я проконсультувався з двома-фірмами високочастотної торгівлі, де накопичена затримка в трьох-чотирьох стрибках 10GBASE-зробила мідь абсолютно не-стартером. Вони витягли кожен окремий мідний модуль протягом місяця після розгортання.

Інший варіант використання, інша відповідь. Це неприваблива реальність мережевої інженерії.

 

Порівняння мікросхем PHY: що насправді забезпечує енергоспоживання

 

Різниця в енергоспоживанні між різними марками трансиверів sfp з міді 10g майже повністю зводиться до вибору мікросхеми PHY та вузла процесу. Коротка розбивка на основі тестування, яке я провів, і даних постачальника, якому я довіряю:

Broadcom BCM84891L працює найхолодніше-зазвичай 1,5 Вт на відстані 30 м, масштабується для більш тривалої роботи. Компромісом є-максимальна відстань 30 м у попередніх версіях мікропрограми, хоча зараз існують версії з підтримкою 80 м-. Marvell AQR113C досягає близько 2,0-2,5 Вт, але забезпечує кращу сумісність із більшим діапазоном хост-пристроїв. Старіший Realtek RTL8261BE знаходиться десь посередині, хоча я бачив менше модулів, які використовують цей чіпсет на ринку Північної Америки.

Вузол процесу має величезне значення. Перехід від 40 нм до 28 нм дизайну PHY знизив енергоспоживання приблизно на 40%. Останні розробки Marvell за 16-нанометровим технологічним процесом просувають це далі, хоча модулі, що використовують ці чіпи, мають значні надбавки до ціни.

 

Якість кабелю та відстань: постачальники занижують змінні

 

Споживана потужність модуля не є статичною-вона змінюється залежно від довжини та якості кабелю. 10-граммовий мідний sfp-трансивер, з’єднаний через 10 метрів преміум-екранованого кабелю Cat7, споживатиме помітно менше енергії, ніж той самий модуль, підключений через 25 метрів посереднього Cat6a.

Мікросхема PHY працює наполегливіше, щоб підтримувати цілісність сигналу на довгих і шумних кабелях. Алгоритми виправлення помилок споживають цикли обробки. Цикли обробки споживають електроенергію. Прості відносини, але такі, які групи закупівель постійно ігнорують, коли вказують прокладання кабелів разом із придбанням трансиверів.

Я виміряв різницю від 0,3 Вт до 0,4 Вт між ідентичними модулями виключно на основі вибору кабелів. Звучить небагато, поки ви не заповните 500 портів у розгортанні.

 

Температурні діапазони та промислові варіанти

 

Стандартні комерційні модулі 10GBASE-T мають робочі діапазони від 0 градусів до 70 градусів. Промислові варіанти підштовхують його до -40 градусів до 85 градусів, що важливо для телекомунікаційних будиночків, зовнішніх корпусів і розгортання виробничих цехів. Промислові модулі коштують дорожче-зазвичай на 30-40% преміум-класу, а профіль споживання електроенергії залишається порівнянним.

Змінюється поведінка при запуску. Сценарії холодного-запуску за екстремально низьких температур можуть призвести до тимчасових стрибків напруги, коли мікросхема PHY стабілізується. Більшість сучасних модулів включають мікропрограмне забезпечення для управління температурою, яке витончено справляється з цим, але старі промислові модулі можуть демонструвати тріскання зв’язків під час початкового прогріву в холодному середовищі.

 

 

Багатошвидкісне-авто-узгодження та наслідки влади

 

Сучасні мідні модулі SFP-передавача 10g підтримують багатошвидкісну роботу-10G/5G/2,5G/1G автоматичне{10}}узгодження через одне з’єднання RJ45. Стандарт IEEE 802.3bz кодифікував проміжні швидкості, і більшість поточних модулів-gen відповідають цьому. Ось що важливо з точки зору енергоспоживання: перехід до режимів 2,5GBASE-T або NBASE-T зменшує енергоспоживання приблизно на 15-20% порівняно з повною роботою 10GBASE-T.

Деякі розгортання навмисно використовують це. Адміністратор сховища, з яким я працював минулого року, налаштував свої посилання NAS на 5G, а не на 10G-фактичні вимоги до пропускної спроможності ніколи не перевищували постійних 4 Гбіт/с, а енергозбереження на 24 модулях склало приблизно 8 Вт. Не перетворює, але має значення для невеликого об’єкта з обмеженою потужністю PDU.

Цифровий діагностичний моніторинг SFF-8472, вбудований у сумісні модулі, дозволяє відстежувати споживання електроенергії в реальному часі разом із температурою та якістю сигналу. Варто ввімкнути на будь-якому комутаторі, який це підтримує.

 

Викид 1,1 Вт: програми з обмеженнями-SWaP

 

Один виробник-BotBlox-заявляє про модуль SFP потужністю 1,1 Вт 10GBASE-T, спеціально розроблений для дронів, робототехніки та підводних програм. Обмеження розміру, ваги та потужності (SWaP) у цих середовищах роблять стандартні модулі 2,5 Вт непрактичними. Я особисто не тестував ці блоки, тому не можу ручатися за реальну -продуктивність, але підхід має сенс: повністю переробити внутрішню схему, а не чекати наступного процесу скорочення мікросхеми.

Вони не замінять розгортання центрів обробки даних. Але вони демонструють, що мінімальна потужність 2-2,5 Вт не є фундаментальною фізичною межею – це точка економічної оптимізації для основних ринків.

 

Коли мідь ще програє

 

Незважаючи на покращення потужності, 10-грамовий мідний трансивер sfp залишається невідповідним для кількох сценаріїв. Застосування вертикальних стояків у будівлях-обмеження довжини кабелю та міркування щодо електромагнітних завад надають перевагу оптоволокну. Магістральні зв’язки кампусу понад 100 метрів-очевидно оптоволоконна територія. Будь-яке розгортання, що вимагає затримки менше 1 мкс на стрибок.

Модулі також ніколи не досягали паритету цін з оптикою 10G-SR. Якісний трансивер 10GBASE-T працює приблизно в 6-8 разів дорожче еквівалентних 850-нм модулів SFP+. Рівняння вартості має сенс лише тоді, коли існуюча інфраструктура Cat6a/Cat7 компенсує надбавку за порт або коли підключення кінцевої точки RJ45 обумовлює вимогу.

 

 

Майбутній напрямок: 25GBASE-T і масштабування потужності

 

Галузь просувається до 25GBASE-T, і перші ознаки свідчать про те, що енергоспоживання становитиме десь між 3 Вт і 5 Вт для модулів першого-покоління. Історія показує, що ця цифра суттєво впаде протягом 3-4 років у міру розвитку дизайну чіпів.

Наразі 10GBASE-T при не-2,5 Вт представляє практичну перевагу-достатню енергоефективність для розгортання помірної щільності, широку сумісність із існуючою кабельною інфраструктурою та достатньо зрілий кремній, щоб збої в ланцюзі постачання значною мірою стабілізувалися.

Модулі не ідеальні. Вони ніколи не будуть. Але покращення енергоефективності, починаючи з 2018 року, перемістило їх із «випадкового крайового рішення» на «легітимний перший-варіант вибору» для з’єднання всередині -стійки та -сусідньої стійки в середовищах із встановленими мідними лініями.

Це значуща зміна, навіть якщо технічні дискусії рідко отримують увагу, на яку вони заслуговують.