10G-Kupfer-SFP-Transceiver benötigen weniger Strom

 

 

 

Die Chip-Evolution, über die niemand spricht

 

Ich habe seit 2018 Hunderte dieser Module eingesetzt, und der Unterschied im Stromverbrauch ist nicht nur eine Verbesserung im Datenblatt,-man kann ihn buchstäblich spüren. Die Module der ersten -Generation, die ich in einer Colocation-Einrichtung installiert habe, liefen so heiß, dass sich das Betriebsteam über Temperaturspitzen im Kaltgang beschwerte. Wir konnten benachbarte SFP+-Ports nicht bestücken. Zeitraum.

Der Wendepunkt kam mit der Veröffentlichung von Broadcom BCM84891. Dieser Chip reduzierte den Stromverbrauch auf etwa 1,6 W bei 30-Meter-Läufen und 2,0 W bei 80-Meter-Läufen. Zum Vergleich: Der ältere Marvell 88X3310 (Nicht-P-Variante) hat immer noch eine typische Leistung von etwa 3,3 W. Beim neueren Marvell 88X3310P sank dieser Wert erheblich, obwohl die Verfügbarkeit im größten Teil des Jahres 2023 dürftig war.

Hier kommt es nicht nur auf die Wattzahl im Datenblatt an. Jedes Watt verbraucht 10g KupferSFP-TransceiverDies entspricht etwa zwei zusätzlichen Watt Kühllast. Multiplizieren Sie das mit 48-Port-ToR-Switches und skalieren Sie dann über Hunderte von Racks – der OPEX-Unterschied wird erheblich.

 

Einsatz in der realen-Welt: Wenn die Mathematik versagt

 

Hier gebe ich etwas zu, was Ihnen die Herstellerdokumentation nicht verrät. Selbst mit Modulen unter 2,5 W können Sie bei den meisten kommerziellen Switches nicht jeden SFP+-Port vollständig mit Kupfer-Transceivern bestücken. Das thermische Budget lässt es einfach nicht zu. Ich habe Switches der Cisco Nexus 9000-Serie gesehen, bei denen der technische Support ausdrücklich empfiehlt, Lücken zwischen belegten Ports zu lassen. Die Dokumentation von Arista für bestimmte 7050-Modelle weist auf ähnliche Einschränkungen hin.

Die IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet-Konformität hilft etwas. Diese Module drosseln die Leistung während Leerlaufzeiten, was realistischerweise etwa 60-70 % der Betriebszeit eines typischen Unternehmensnetzwerks abdeckt. Aber Burst-Traffic-Szenarien-Sicherungsfenster, VM-Migrationen, Speicherreplikationsjobs – diese bringen Module immer noch auf Hochtouren.

 

 

Latenz: der versteckte-Kompromiss

 

Die Energieeffizienz hatte ihren Preis und wird bei Kaufentscheidungen selten berücksichtigt. Der 10g-Kupfer-SFP-Transceiver führt aufgrund des IEEE 802.3an-Codierungs-Overheads zu einer Latenz von ca. 2,6 μs pro Hop. Optische SFP+-Module bei 850 nm? Ungefähr 0,1 μs. Sogar passive DAC-Twinax-Kabel erreichen eine Taktrate von 0,3 μs.

Für die meisten Unternehmens-Workloads interessiert das niemanden. Aber ich habe mich für zwei Hochfrequenzhandelsfirmen beraten, bei denen die kumulierte Latenz über drei oder vier 10GBASE-T-Sprünge Kupfer zu einem absoluten Nichtstarter machte. Sie haben jedes einzelne Kupfermodul innerhalb eines Monats nach der Bereitstellung herausgenommen.

Anderer Anwendungsfall, andere Antwort. Das ist die unsexy Realität der Netzwerktechnik.

 

PHY-Chip-Vergleich: Was tatsächlich den Stromverbrauch antreibt

 

Die Unterschiede im Stromverbrauch zwischen verschiedenen 10-G-Kupfer-SFP-Transceiver-Marken sind fast ausschließlich auf die Auswahl des PHY-Chips und den Prozessknoten zurückzuführen. Eine kurze Aufschlüsselung basierend auf den von mir durchgeführten Tests und Anbieterdaten, denen ich vertraue:

Broadcom BCM84891L läuft am kühlsten-normalerweise mit 1,5 W auf 30 m, bei längeren Strecken skalierbar. Der Kompromiss-ist eine maximale Entfernung von 30 m bei früheren Firmware-Revisionen, obwohl es jetzt auch 80 m{8}fähige Versionen gibt. Marvell AQR113C erreicht etwa 2,0–2,5 W, bietet aber eine bessere Kompatibilität mit einer größeren Auswahl an Host-Geräten. Der ältere Realtek RTL8261BE liegt irgendwo dazwischen, obwohl ich auf dem nordamerikanischen Markt weniger Module gesehen habe, die diesen Chipsatz verwenden.

Der Prozessknoten ist enorm wichtig. Der Sprung von 40-nm- auf 28-nm-PHY-Designs senkte den Stromverbrauch um etwa 40 %. Die neuesten 16-nm-Designs von Marvell treiben dies noch weiter voran, obwohl Module, die diese Chips verwenden, erhebliche Preisaufschläge erzielen.

 

Kabelqualität und Entfernung: Die Variablen, die Anbieter unterschätzen

 

Der Stromverbrauch des Moduls ist nicht statisch-er skaliert mit der Kabellänge und der Kabelqualität. Ein 10-g-Kupfer-SFP-Transceiver, der über 10 Meter eines erstklassigen, abgeschirmten Cat7-Kabels verbunden ist, verbraucht messbar weniger Strom als das gleiche Modul, das über 25 Meter eines mittelmäßigen Cat6a-Kabels angeschlossen ist.

Der PHY-Chip arbeitet härter daran, die Signalintegrität über längere Strecken und verrauschtere Kabel aufrechtzuerhalten. Fehlerkorrekturalgorithmen verbrauchen Verarbeitungszyklen. Verarbeitungszyklen verbrauchen Strom. Einfache Beziehung, die Beschaffungsteams jedoch bei der Spezifizierung der Verkabelung beim Transceiver-Kauf konsequent ignorieren.

Ich habe Unterschiede von 0,3 W bis 0,4 W zwischen identischen Modulen gemessen, die ausschließlich auf der Wahl der Verkabelung beruhten. Das hört sich nicht nach viel an, bis Sie 500 Ports in einer Bereitstellung bestücken.

 

Temperaturbereiche und Industrievarianten

 

Standardmäßige kommerzielle 10GBASE-T-Module spezifizieren Betriebsbereiche von 0 Grad bis 70 Grad. Bei industriellen Varianten steigt die Temperatur auf -40 bis 85 Grad, was für Telekommunikationshütten, Außenanlagen und den Einsatz in Produktionshallen von Bedeutung ist. Die Industriemodule kosten mehr-typischerweise 30–40 % Aufpreis – und das Stromverbrauchsprofil bleibt vergleichbar.

Was sich ändert, ist das Startverhalten. Kaltstartszenarien bei extrem niedrigen Temperaturen können zu vorübergehenden Leistungsspitzen führen, wenn sich der PHY-Chip stabilisiert. Die meisten modernen Module verfügen über eine Wärmemanagement-Firmware, die dies problemlos bewältigt. Bei älteren Industriemodulen kann es jedoch beim ersten Aufwärmen in kalten Umgebungen zu Verbindungsflattern kommen.

 

 

Multi-{0}}automatische-Aushandlung und Auswirkungen auf die Macht

 

Moderne 10G-Kupfer-SFP-Transceivermodule unterstützen den Multi-{1}}Ratenbetrieb-10G/5G/2,5G/1G-Auto-Aushandlung über eine einzige RJ45-Verbindung. Der IEEE 802.3bz-Standard hat die Zwischengeschwindigkeiten kodifiziert und die meisten Module der aktuellen -Generation entsprechen diesen Standards. Aus leistungstechnischer Sicht ist Folgendes wichtig: Wenn Sie auf die Modi 2,5GBASE-T oder NBASE-T wechseln, wird der Stromverbrauch im Vergleich zum vollständigen 10GBASE-T-Betrieb um etwa 15–20 % reduziert.

Einige Bereitstellungen nutzen dies absichtlich. Eine Speicheradministratorin, mit der ich letztes Jahr zusammengearbeitet habe, konfigurierte ihre NAS-Verbindungen auf 5G statt auf 10G-die tatsächlichen Durchsatzanforderungen überstiegen dauerhaft nie 4 Gbit/s und die Stromeinsparungen über 24 Module beliefen sich auf insgesamt etwa 8 W. Nicht transformativ, aber sinnvoll für eine kleine Einrichtung mit begrenzter PDU-Kapazität.

Mit der digitalen Diagnoseüberwachung SFF-8472, die in kompatible Module integriert ist, können Sie den Stromverbrauch sowie die Temperatur und Signalqualität in Echtzeit verfolgen. Es lohnt sich, die Funktion auf jedem Switch zu aktivieren, der dies unterstützt.

 

Der 1,1-W-Ausreißer: SWaP-eingeschränkte Anwendungen

 

Ein Hersteller-BotBlox-behauptet, ein 1,1 W 10GBASE-T SFP-Modul speziell für Drohnen, Robotik und Unterwasseranwendungen entwickelt zu haben. Die Einschränkungen hinsichtlich Größe, Gewicht und Leistung (SWaP) in diesen Umgebungen machen Standardmodule mit 2,5 W unpraktisch. Ich habe diese Einheiten nicht persönlich getestet und kann daher nicht für die Leistung in der Praxis bürgen, aber der Ansatz macht Sinn: Entwerfen Sie die internen Schaltkreise komplett neu, anstatt auf die nächste Chip-Prozessverkleinerung zu warten.

Diese werden die Bereitstellung von Rechenzentren nicht ersetzen. Sie zeigen jedoch, dass die Untergrenze von 2-2,5 W keine grundlegende physikalische Grenze ist, sondern ein wirtschaftlicher Optimierungspunkt für Mainstream-Märkte.

 

Wenn Kupfer immer noch verliert

 

Trotz Leistungsverbesserungen bleibt der 10-G-Kupfer-SFP-Transceiver für mehrere Szenarien ungeeignet. Vertikale Steigleitungsanwendungen in Gebäuden-Die Kabellängenbeschränkungen und EMI-Überlegungen begünstigen Glasfaser. Campus-Backbone-Verbindungen über 100 Meter hinaus-liegen offensichtlich im Glasfaserbereich. Jede Bereitstellung, die eine Latenz von weniger als 1 μs pro Hop erfordert.

Die Module haben auch nie die Preisparität mit 10G-SR-Optiken erreicht. Ein hochwertiger 10GBASE-T-Transceiver kostet ungefähr das 6-8-fache der Kosten entsprechender 850-nm-SFP+-Module. Die Kostengleichung macht nur dann Sinn, wenn die vorhandene Cat6a/Cat7-Infrastruktur den Aufpreis pro Port ausgleicht oder wenn die RJ45-Endpunktkonnektivität den Bedarf bestimmt.

 

 

Zukünftige Richtung: 25GBASE-T und Leistungsskalierung

 

Die Branche drängt auf 25GBASE-T, und erste Anzeichen deuten darauf hin, dass der Stromverbrauch für Module der ersten-Generation irgendwo zwischen 3 W und 5 W liegen wird. Die Geschichte deutet darauf hin, dass die Zahl innerhalb von drei bis vier Jahren erheblich sinken wird, wenn die Chipdesigns ausgereift sind.

Derzeit stellt 10GBASE-T bei unter-2,5 W einen praktischen Sweet Spot dar.-Ausreichende Energieeffizienz für Bereitstellungen mit mittlerer Dichte, weitgehende Kompatibilität mit der vorhandenen Verkabelungsinfrastruktur und hinreichend ausgereiftes Silizium, dass sich Unterbrechungen in der Lieferkette weitgehend stabilisiert haben.

Die Module sind nicht perfekt. Das werden sie nie sein. Aber die Verbesserungen der Energieeffizienz seit 2018 haben sie von einer „gelegentlichen Edge-Case-Lösung“ zu einer „legitimen Option erster Wahl“ für Intra-Rack- und angrenzende-Rack-Konnektivität in Umgebungen mit etablierten Kupferleitungen gemacht.

Das ist ein bedeutender Wandel, auch wenn die technischen Diskussionen selten die Aufmerksamkeit erhalten, die sie verdienen.