Anforderungen an den Stromverbrauch optischer Module im Rechenzentrum
Dec 13, 2025|
Die Kosten füroptische Moduleist tatsächlich nicht die wichtigste treibende Kraft bei der Wahl der Technologie in Rechenzentren. Der erste Faktor ist der Stromverbrauch, der zweite die Bandbreitendichte und der dritte die Kosten.
Heutzutage versuchen Unternehmen beim Bau von Rechenzentren praktisch, Kraftwerke zu erwerben. Der Energieverbrauch von Rechenzentren wird oft so beschrieben: Er macht bereits xx % des weltweiten Energieverbrauchs aus, was eine erschreckende Zahl ist.
Im Jahr 2018 wurde eine spezielle Organisation gegründet, die sich für die Reduzierung des Energieverbrauchs von Rechenzentren einsetzt. Die Switch-Bandbreite verdoppelt sich alle drei Jahre. Mit dem exponentiellen Anstieg der Switch-Bandbreite in Rechenzentren wird der Energieverbrauch immer besorgniserregender, sodass Energieeinsparungen zu einem wichtigen Trend werden.
Ich habe den Stromverbrauch des optischen Moduls mit dem des verglichenschaltendurch Verwendung eines Umrechnungsverhältnisses.
Derzeit werden 12,8T-Schalter verwendet400G optische Modulehaben einen minimalen Stromverbrauch von 8 pJ/Bit.
Kennen wir die erwarteten Ziele für das Rechenzentrum?
Das Energieverbrauchsziel liegt bei 1 pJ/Bit und das Kostenziel bei 0,1 $/G. Beide Figuren sind unglaublich anspruchsvoll.
Erinnern Sie sich an das Ziel von vor zwei Jahren? 1G für 1 US-Dollar hat viele Menschen schockiert, und obwohl es wie eine Ewigkeit her scheint, wurde es bereits erreicht. Die Industriekette hat bereits Schwierigkeiten, mit den aktuellen Tiefstpreisen zurechtzukommen100G-ModuleWie wird es also überleben, wenn der Preis für 10G auf 1 US-Dollar sinkt? Das Energieverbrauchsziel von 1 pJ/Bit bedeutet, dass eine optische-zu-elektrische Umwandlung von 400 G nur 0,4 W verbrauchen kann. Aus Sicht bestehender optischer Module ist dies noch schwieriger zu erreichen als das Kostenziel.
Daher wurden verschiedene Niederleistungslaser und Niederleistungselektronikchips entwickelt. Es sind auch verschiedene Verpackungsmethoden mit geringem Stromverbrauch entstanden.
Der optoelektronische Co--Switch von IBM hat einen Energieverbrauch von 4 pJ/Bit bei Verwendung eines 16-Array-VCSEL und PD mit 56 Gbit/s pro Kanal.
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Anzahl der Kanäle | 16 |
| Rate | 56 Gbit/s |
| Format | NRZ |
| Elektrische Schnittstelle | XSR |
| Optische Verbindung | 30 m bei OM4 |
| Stromverbrauch | 4 pJ/Bit |
| Abmessungen | 13 mm × 13 mm × 4 mm |
Natürlich gibt es noch eine ultimative Idee, die ich schon immer verwirklichen wollte: Warum müssen wir elektrisch geschaltete Chips verwenden? Die Bedeutung von „Austausch“ bezieht sich einfach auf die Möglichkeit, Kanäle zwischen zwei beliebigen I0-Ports zu wechseln.
Vor langer Zeit bestanden Signalübertragungsleitungen aus Kabeln, und die Schaltung erfolgte mithilfe von Schaltkreisen in elektrischen Chips.
A
Später wurden aufgrund der begrenzten Bandbreite und Entfernungsbeschränkungen der Kabelübertragung optische Fasern zur Übertragung eingeführt. Dies führte zur Entwicklung einer bemerkenswerten IO-Komponente, des Transceivers, der optische Signale in elektrische Signale umwandelt und umgekehrt. Die Signalverarbeitung übernehmen elektrische Chips, während die Signalübertragung über optische Fasern erfolgt.
B
Warum nicht einfach den fotoelektrischen Umwandlungsschritt im Transceiver eliminieren und stattdessen optisches Schalten verwenden? Das wäre viel besser.
Bisher gab es nur wenige optische Schaltkanäle, die hohe Verluste verursachten und sperrig waren, was es äußerst schwierig machte, elektrische Chips vollständig durch sie zu ersetzen. Mittlerweile verfügen integrierte optische Schalter jedoch über eine zunehmende Anzahl von Kanälen, werden immer kleiner und bieten eine immer präzisere Steuerung des Lichts.
In den kommenden Jahren werden wir einen Trend beobachten, bei dem der Formfaktor von optischen Modulen für Rechenzentren weniger ausgeprägt wird und mehr Funktionen integriert und in der Nähe des Switch-Chips untergebracht werden. Vielleicht wird in nicht-all-ferner Zukunft sogar die Transceiver-Funktion für die fotoelektrische Umwandlung überflüssig werden. Dies wird zu einer erheblichen Reduzierung des Stromverbrauchs und der Kosten führen.