10G měděné SFP transceivery vyžadují méně energie

 

 

 

O vývoji čipu nikdo nemluví

 

Od roku 2018 jsem nasadil stovky těchto modulů a rozdíl ve spotřebě energie není jen vylepšením v technickém listu-můžete to doslova cítit. První-genové moduly, které jsem nainstaloval do kolokačního zařízení, byly tak horké, že si operační tým stěžoval na výkyvy okolní teploty ve studené uličce. Nepodařilo se nám naplnit sousední porty SFP+. Období.

Zlom nastal s vydáním BCM84891 od Broadcomu. Tento čip snížil spotřebu energie na zhruba 1,6 W na 30 metrů a 2,0 W při běhu na 80-metrů. Pro srovnání, starší Marvell 88X3310 (varianta bez P) stále má typický výkon kolem 3,3 W. Novější Marvell 88X3310P to výrazně snížil, ačkoli dostupnost byla po většinu roku 2023 špinavá.

Na čem zde nezáleží, není jen údaj o příkonu v datovém listu. Každý watt spotřebuje 10g mědisfp transceiverznamená přibližně dva dodatečné watty chladicí zátěže. Vynásobte to přes 48-portové ToR přepínače a poté škálujte ve stovkách racků – rozdíl v OPEX bude podstatný.

 

Nasazení v reálném{0}}světě: když se matematika zhroutí

 

Zde přiznám něco, co vám dokumentace dodavatele neřekne. Dokonce i s moduly pod 2,5 W stále nemůžete plně obsadit každý port SFP+ měděnými transceivery na většině komerčních přepínačů. Tepelný rozpočet to prostě neumožňuje. Viděl jsem přepínače Cisco Nexus řady 9000, kde technická podpora výslovně doporučuje ponechat mezery mezi obsazenými porty. Dokumentace Arista pro určité modely 7050 naznačuje podobná omezení.

Shoda s IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet poněkud pomáhá. Tyto moduly omezují výkon během období nečinnosti, což reálně pokrývá asi 60-70 % provozní doby typické podnikové sítě. Ale scénáře náhlého provozu-zálohování oken, migrace virtuálních počítačů, úlohy replikace úložiště – ty stále tlačí moduly na maximum.

 

 

Latence: skrytý kompromis-

 

Energetická účinnost něco stála a při rozhodování o nákupu se objevuje jen zřídka. 10g měděný sfp transceiver zavádí přibližně 2,6 μs latenci na skok kvůli režii kódování IEEE 802.3an. Optické moduly SFP+ při 850nm? Přibližně 0,1 μs. Dokonce i pasivní DAC twinax kabely mají rychlost 0,3 μs.

U většiny podnikových úloh to nikoho nezajímá. Ale konzultoval jsem dvě firmy zabývající se vysokofrekvenčním obchodováním, kde akumulovaná latence ve třech nebo čtyřech 10GBASE-skocích udělala z mědi absolutní ne-startér. Vytáhli každý měděný modul do měsíce od nasazení.

Jiný případ použití, jiná odpověď. To je nesexy realita síťového inženýrství.

 

Porovnání čipů PHY: co vlastně pohání spotřebu energie

 

Rozdíl ve spotřebě energie mezi různými značkami 10g měděných sfp transceiverů závisí téměř výhradně na výběru PHY čipu a procesním uzlu. Rychlý rozpis založený na testování, které jsem provedl, a údajích o dodavatelích, kterým věřím:

Broadcom BCM84891L běží nejchladněji-obvykle 1,5 W na 30 m, při delším provozu se zvětšuje. Kompromisem-je maximální vzdálenost 30 m u dřívějších revizí firmwaru, ačkoli nyní existují verze s možností 80 m{8}}. Marvell AQR113C dosahuje přibližně 2,0–2,5 W, ale nabízí lepší kompatibilitu napříč širší řadou hostitelských zařízení. Starší Realtek RTL8261BE sedí někde mezi, i když jsem na severoamerickém trhu viděl méně modulů používajících tuto čipovou sadu.

Procesní uzel je nesmírně důležitý. Skok ze 40nm na 28nm PHY designy snížil spotřebu energie zhruba o 40 %. Nejnovější návrhy společnosti Marvell na 16nm to posouvají dále, ačkoli moduly využívající tyto čipy vyžadují značné ceny.

 

Kvalita a vzdálenost kabelů: proměnné dodavatelé podceňují

 

Spotřeba energie modulu není statická-v závislosti na délce kabelu a kvalitě kabelu. 10g měděný sfp transceiver propojený přes 10 metrů prémiového stíněného kabelu Cat7 spotřebuje měřitelně méně energie než stejný modul připojený přes 25 metrů průměrného Cat6a.

PHY čip pracuje tvrději, aby udržoval integritu signálu při delším provozu a hlučnějších kabelech. Algoritmy opravy chyb spotřebovávají cykly zpracování. Procesní cykly spotřebovávají energii. Jednoduchý vztah, ale ten, který týmy zásobování neustále ignorují při specifikaci kabeláže spolu s nákupy transceiverů.

Naměřil jsem 0,3W až 0,4W rozdíly mezi identickými moduly čistě na základě výběru kabeláže. Nezní to jako mnoho, dokud nenaplníte 500 portů v rámci nasazení.

 

Teplotní rozsahy a průmyslové varianty

 

Standardní komerční moduly 10GBASE-T specifikují provozní rozsahy 0 stupňů až 70 stupňů . Průmyslové varianty to posouvají na -40 stupňů až 85 stupňů , což je důležité pro telekomunikační chaty, venkovní kryty a rozmístění výrobních podlaží. Průmyslové moduly stojí -typicky o 30–40 % vyšší – a profil spotřeby energie zůstává srovnatelný.

Co se změní, je chování při spouštění. Scénáře studeného-startu při extrémně nízkých teplotách mohou způsobit dočasné skoky výkonu, protože se PHY čip stabilizuje. Většina moderních modulů obsahuje firmware pro řízení teploty, který to elegantně zvládá, ale starší průmyslový materiál může během počátečního zahřátí v chladném prostředí vykazovat chvění spojů.

 

 

Více-automatické{1}}vyjednávání sazeb a mocenské důsledky

 

Moderní 10g měděné sfp transceiverové moduly podporují více{1}}rychlostní provoz-10G/5G/2,5G/1G{10}}automatické vyjednávání přes jediné připojení RJ45. Standard IEEE 802.3bz kodifikoval střední rychlosti a většina současných -gen modulů vyhovuje. Z hlediska napájení je důležité: přechod na režimy 2,5 GBASE-T nebo NBASE{17}}T snižuje spotřebu energie přibližně o 15–20 % ve srovnání s plným provozem 10GBASE-T.

Některá nasazení to záměrně využívají. Administrátor úložiště, se kterým jsem loni spolupracoval, nakonfiguroval její připojení NAS na 5G místo 10G-skutečné požadavky na propustnost nikdy nepřesáhly 4Gb/s a úspora energie u 24 modulů dosáhla celkem zhruba 8W. Není transformativní, ale smysluplný pro malé zařízení s omezenou kapacitou PDU.

Monitorování digitální diagnostiky SFF-8472 zabudované do kompatibilních modulů vám umožňuje sledovat spotřebu energie v reálném čase spolu s teplotou a kvalitou signálu. Vyplatí se povolit na jakémkoli přepínači, který to podporuje.

 

Odlehlá hodnota 1,1 W: SWaP-omezené aplikace

 

Jeden výrobce-BotBlox-uvádí 1,1W 10GBASE-T SFP modul speciálně navržený pro drony, robotiku a podmořské aplikace. Omezení velikosti, hmotnosti a výkonu (SWaP) v těchto prostředích činí standardní 2,5W moduly nepraktickými. Osobně jsem tyto jednotky netestoval, takže nemohu ručit za skutečný-výkon, ale tento přístup dává smysl: úplně přepracovat vnitřní obvody, než čekat na další zmenšení procesu čipu.

Tyto nenahradí nasazení datových center. Ale ukazují, že 2-2,5W podlaha není základní fyzikální limit – je to bod ekonomické optimalizace pro běžné trhy.

 

Když měď stále ztrácí

 

Navzdory vylepšením napájení zůstává 10g měděný sfp transceiver nevhodný pro několik scénářů. Aplikace vertikálních stoupaček v budovách-omezení délky kabelů a EMI upřednostňují vlákna. Páteřní spojení kampusu přesahuje 100 metrů-samozřejmě vláknité území. Jakékoli nasazení vyžadující latenci pod 1μs na skok.

Moduly také nikdy nedosáhly cenové parity s optikou 10G-SR. Kvalitní transceiver 10GBASE-T běží zhruba za 6-8násobek ceny ekvivalentních 850nm modulů SFP+. Nákladová rovnice má smysl pouze tehdy, když stávající infrastruktura Cat6a/Cat7 kompenzuje prémii za port, nebo když požadavek řídí konektivita RJ45.

 

 

Budoucí směr: 25 GBASE-T a škálování výkonu

 

Průmysl tlačí směrem k 25 GBASE-T a první náznaky naznačují, že spotřeba energie bude u modulů první-generace někde mezi 3W a 5W. Historie naznačuje, že toto číslo se během 3-4 let podstatně sníží, protože návrhy čipů dozrávají.

V současnosti představuje 10GBASE-T při pod-2,5 W praktické sladké místo-dostatečnou energetickou účinnost pro nasazení se střední hustotou, širokou kompatibilitu se stávající infrastrukturou kabeláže a dostatečně vyzrálý křemík, že narušení dodavatelského řetězce se do značné míry stabilizuje.

Moduly nejsou dokonalé. Nikdy nebudou. Zlepšení energetické účinnosti od roku 2018 je však posunulo z „řešení příležitostného okrajového pouzdra“ na „legitimní první-možnost volby“ pro připojení uvnitř-skříně a sousedních-skříní v prostředích se zavedenými měděnými rozvody.

To je smysluplný posun, i když se technickým diskusím málokdy dostane takové pozornosti, jakou si zaslouží.