数据中心大规模并行化

易飞扬

3月，光网络与通信研讨会及博览会OFC 2023在美国顺利举办，其中有个研讨话题：Slow and Wide versus Fast and Narrow: How do we make our Datacenters Green? 讨论在数据中心内，如果以功耗最优为目标，应该采用更高波特率方案？还是采用并行的低波特率方案？这些现象的背后，是带宽增长下，香农极限(Sharron Limit)的逼近和摩尔定律(Moore Law)的放缓，不得不采用类似计算领域的并行化思路。讨论这种并行化是否是一个发展方向？让我们就这个议题，来讨论下关于数据中心大规模并行化。

数据中心网络DCN
数据中心网络结构相对简单，且光纤数量不是主要问题。主要诉求是大带宽、低功耗以及低时延要求。大规模并行化方案应该可以有效解决带宽增长需求。大规模并行方案也可能通过省掉SERDES、CDR等功耗占比高的功能单元，获得功耗优势。

在DCN网络条件下，传输距离一般在2km以内，仍然是以IMDD方案为主，受器件带宽和调制效率的约束。所谓的100G实际是4×25G或2×50G，而400G实际是16×25G、8×50G或4×100G。本质上已经是并行化思路，但是限于局部传输链路，且没有为功耗优化。

采用单LANE按功耗优化的大规模并行化的思路有一个好处，即网络可以利用光层开关特性，以较低粒度的单LANE速率进行调度，形成一个可重构的光层网络。

Google在SIGCOMM 2022上的介绍了Jupiter Evolving思路，该思路的核心是将SPINE用MEMS光交叉替代掉，以达到DCN整体容量可以持续扩容的目的。Jupiter采用的光模块是40G：4×10G NRZ, 100G：4×25G NRZ， 400G：8×50G PAM4，要求高速模块具有兼容低速模块的能力。该方案以端口为调度颗粒，但技术上应可以实现以单LANE速率为单位进行调度。

总的来说，在数据中心网络中，由于带宽需求增长仍然很快，功耗压力持续增大。与此同时，业界和学术界都在尝试将光开关技术应用于数据中心。两种趋势可能推动在数据中心网络中大规模并行方案的发展。