지식

광학 인터커넥트와 전기 인터커넥트 중 하나를 선택하는 것은 하나의 기술이 더 빠르거나 더 발전했다고 선언하는 문제가 아닙니다. 유용한 엔지니어링 질문은 각 매체가 필요한 대역폭, 도달 범위, 전력, 밀도, 대기 시간 및 수명주기-비용 범위 내에 적합한지 여부입니다.

전기 링크는 짧은 도달 거리에서도 매우 효과적입니다. 실제로 현재 OIF 작업은 다음과 같습니다.224Gb/s-급 전기 인터페이스칩{0}}to-모듈, 칩{2}}to-칩 및 백플레인/구리-케이블 애플리케이션을 대상으로 합니다. 도달 범위, 총 대역폭 및 케이블 밀도가 증가함에 따라 광 링크는 더욱 강력해지며, 특히 전기 손실 및 균등화가 더 많은 전력 및 설계 마진을 소비하기 시작할 때 더욱 그렇습니다.

이 가이드는 전체-링크 수준에서 두 가지를 비교하고 단일 보편적 거리에 의존하기보다는 실용적인 교차 예를 제공합니다.

광학 및 전기 상호 연결 개요

전기 상호 연결이란 무엇입니까?

전기 상호 연결은 PCB 트레이스, 커넥터, 백플레인 또는 구리 케이블과 같은 전도성 채널을 통해 데이터를 전송합니다. 송신기는 전기 신호를 내보내고, 수신기는 신호가 채널을 통과한 후 데이터를 재구성합니다.

전기 신호는 성숙되어 있으며 매우 높은 성능을 발휘할 수 있습니다. 문제는 차선 비율과 거리가 증가함에 따라 채널의 사용이 똑같이 쉽지 않다는 것입니다. 감쇠, 임피던스 불연속성, 반사, 누화 및 잡음에는 더 강력한 송신기 등화, 수신기 등화, 순방향 오류 수정, 타이밍 조정 또는 더 나은 재료가 필요할 수 있습니다.

OIF의 CEI-224G 작업은 요점을 명확하게 보여줍니다. 전기는 저속과 동의어가 아닙니다. CEI-224G-MR 프로젝트는 최대 500mm의 PCB와 1개의 커넥터에 걸쳐 144~232Gb/s 신호를 목표로 하는 반면, CEI-224G-LR은 최대 1000mm의 백플레인과 최대 2개의 커넥터에 걸쳐 동일한 신호 범위를 목표로 합니다. 이는 의도적으로 짧은 물리적 채널이지만 레인 속도가 매우 높습니다.

기존 네트워크 케이블링의 경우 설치된 인터페이스와 거리가 해당 사양에 맞는 경우 구리는 여전히 유용합니다. 헝통스Cat 6 패치 케이블 범위단거리 이더넷 연결에 사용되는 광범위한 구리 생태계의 한 예입니다.-

광 상호 연결이란 무엇입니까?

광학 상호 연결은 광섬유나 광자 도파관을 통해 변조된 빛을 전달합니다. 실용적인 링크에는 일반적으로 전기 인터페이스, 광 송신기 또는 변조기, 광 채널, 광검출기 및 수신기 전자 장치가 포함됩니다.

전기 데이터 → 광 송신기 → 광 채널 → 광 수신기 → 전기 데이터

전환 체인이 중요합니다. 광섬유 자체는 손실이 적고 EMI에 영향을 받지 않지만 완전한 광학 링크는 여전히 전력을 소비하고 구현이 복잡해집니다. 따라서 올바른 비교는 구리 케이블과 베어 파이버가 아닙니다. 이는 하나의 완전한 송신기-채널-수신기 아키텍처입니다.

구현도 거리에 따라 변경됩니다.다중모드 광섬유단거리-광 링크에 널리 사용되는 반면,단일-모드 광섬유더 긴-도달 범위와 고용량-아키텍처를 지원합니다. 장비 수준에서 광 링크는 다음과 같은 구성 요소에 따라 달라집니다.고속-광 트랜시버 및 광 부품.

실제 시스템 설계에서 중요한 6가지 차이점

1. 대역폭과 도달 범위를 함께 평가해야 합니다.

대역폭만으로는 매체를 결정할 수 없습니다. 매우 빠른- 전기 레인은 엄격하게 제어되는 짧은 채널에서 잘 작동할 수 있는 반면, 광학 장치는 훨씬 더 먼 거리에서 높은 총 대역폭을 유지할 수 있습니다.

두 가지 표준군은 규모의 차이를 보여줍니다. OIF CEI-224G 전기 프로젝트는 서브미터 보드/백플레인 채널을 통해 144~232Gb/s 신호를 처리합니다.- 광학 측면에서 IEEE P802.3bs 400GbE 기준에는 최소 500m의 단일-모드 광섬유를 위한 400GBASE-DR4, 2km 단일-모드{17}}광섬유 목표 및 10km 단일-모드-광섬유 목표가 포함됩니다. 이는 직접적인 일대일 대체는 아니지만{21}}일반적인 '교차 거리'가 오해의 소지가 있는 이유를 보여줍니다. 대답은 인터페이스 생성 및 링크 클래스에 따라 다릅니다.

그만큼IEEE P802.3bs 기준선 요약디자인 팀이 '고속' 또는 '장거리'와 같은 모호한 문구를 사용하는 대신 데이터{0}}속도 목표를 실제 도달 범위 클래스에 연결해야 할 때 유용합니다.

2. 신호 무결성이 다른 문제가 됨

전기 링크는 삽입 손실, 반사 손실, 반사, 누화 및 EMI를 관리해야 합니다. 고속-채널은 정밀한 임피던스 제어, 커넥터 설계, SerDes 등화 및 채널 시뮬레이션에 의존하는 경우가 많습니다.

광섬유는 이러한 전기-채널 문제 중 일부를 제거합니다. 이는 전류를 전도하지 않으며 구리와 달리 EMI에 민감하지 않습니다. 이는 전기적으로 잡음이 많은 환경이나 많은 고속-채널이 제한된 공간을 통과해야 하는 경우 결정적일 수 있습니다.

광학은 엔지니어링 복잡성을 제거하지 않습니다. 그것은 복잡성을 변화시킵니다. 광학 설계자는 레이저 또는 소스 통합, 결합 손실, 커넥터 청결도, 정렬, 광 감지, 열 동작 및 광학 패키징을 관리해야 합니다.

3. 권력에는 보편적인 승자가 아닌 교차점이 있습니다.

짧은 전기 링크는 광 변환을 방지하므로 전력-효율이 매우 높습니다. 그러나 전기 채널이 더 단단해짐에 따라 더 많은 균등화, 타이밍 조정 또는 활성 케이블 전자 장치가 필요할 수 있습니다. 광 링크는 자체 레이저, 변조기 및 수신기 전력을 도입합니다.

그렇기 때문에 "섬유가 전력을 덜 사용하는지"를 묻는 것보다 비트당 에너지가 더 유용합니다.에너지 효율적인 인터페이스에 대한 OIF의 시스템{0}}공급업체 요구사항-보편적인 주장보다는 유용한 엔지니어링 목표를 제시합니다. 하나의 프런트{0}}광학-상호 연결 사용 사례는 광학 엔진과 레이저에 대해 10pJ/비트 미만을 요구하는 반면, 백-상호 연결 사례는 4pJ/비트보다 훨씬 낮은 수준을 목표로 합니다. 이는 설계 요구 사항 및 목표이며 모든 광학 제품에 대한 측정이 보장되는 것은 아닙니다.

동일한 OIF 문서에서는 배포 규모도 구분합니다. 프런트-데이터 센터{1}} 상호 연결 범위는 대략 0~500m, 경우에 따라 최대 2km에 이릅니다. 백엔드 가속기 상호 연결은 약 300m까지 확장할 수 있습니다. 로컬 컴퓨팅 상호 연결은 7~10m 범위에서 설명됩니다. 이것은 하나의 마법의 거리를 찾는 것보다 크로스오버에 대해 생각하는 더 실용적인 방법입니다.

4. 지연 시간은 전체 링크에 따라 달라집니다.

광학은 자동으로 지연 시간이 짧은 옵션으로 처리되어서는 안 됩니다.- 전파는 종단-대-지연 시간의 일부일 뿐입니다. 광 링크에는 변조, 전기{5}}광 변환, 광 감지, FEC 및 수신기 처리가 포함될 수 있습니다. 전기 링크에는 직렬화, 균등화, FEC 및 리타이머가 포함될 수 있습니다.

대기 시간이 설계 제약인 경우 모든 리타이머, DSP 및 FEC 단계를 포함하여 송신기에서 수신기까지의 전체 경로를 비교하십시오. 더 무거운 처리를 수행하는 더 짧은 물리적 경로는 더 간단한 데이터 경로를 가진 더 긴 경로에 패배할 수 있습니다.

5. 밀도, 케이블 부피 및 공기 흐름이 시스템 제약이 됨

규모에 있어서 문제는 하나의 링크가 전송하는 기가비트 수뿐만이 아닙니다. 이는 공기 흐름을 차단하거나 과도한 라우팅 공간을 소비하지 않고 페이스플레이트, 케이블 트레이, 랙 또는 스위치 패키지를 통과할 수 있는 대역폭의 양입니다.

광섬유는 상대적으로 작은 케이블 단면적에서 높은 총 대역폭을 전달할 수 있습니다.{0}} 병렬-광학 아키텍처는 다음과 같은 다중-광섬유 연결도 사용합니다.MPO/MTP 제품이는 고밀도-밀도 데이터-센터 케이블링에서 일반적입니다.

6. 구성요소 가격에서 수명주기 비용으로 전환할 때 비용 변화

전기 링크는 짧은 도달 거리에서 초기 구성 요소 비용으로 승리하는 경우가 많습니다. 광 링크에는 트랜시버, 광 인터페이스 및 광케이블 관리 요구사항이 추가됩니다.- 그렇다고 해서 광학 장치의 규모에 따른 총 비용이 자동으로 낮아진다는 의미는 아닙니다.

유용한 TCO 비교에는 다음이 포함되어야 합니다.

• 케이블, 커넥터 및 트랜시버 비용;
• 리타이머, AEC 또는 신호{0}}전자 장치;
• 스위치 및 NIC 포트 전원;
• 링크 전자 장치와 관련된 냉각;
• 포트 밀도 및 전면판 제약;
• 설치 및 유지관리 노력;
• 업그레이드 주기 및 설치된 매체가 향후 인터페이스를 지원할 수 있는지 여부.

한 매체의 TCO가 더 낮다고 가정하는 대신 실제 포트 수, 도달 범위 및 예상 업그레이드 기간을 중심으로 비교를 구축하십시오.

일반적으로 전기 상호 연결이 더 나은 선택인 경우

일반적으로 전기 연결은 채널이 물리적으로 짧고 선택한 전기 인터페이스가 편안한 신호-마진을 가질 때 선호됩니다.

• 패키지, 보드 또는 섀시 내부:전기 링크는 불필요한 광 변환을 방지하고 성숙한 설계 생태계를 사용합니다.
• 확립된 구리 표준에 따라 짧은 케이블이 실행됩니다.구리는 간단하고 저렴하며 서비스가 쉽습니다.
• 전원은 다음 연결을 통해 이동해야 합니다.전도성 인프라는 여전히 필요합니다. 프로젝트에 하나의 케이블 구성으로 광 데이터와 전력이 모두 필요한 경우광전 복합 케이블광섬유와 전기 전도체를 결합할 수 있지만 광섬유 자체는 전력을 전달하지 않습니다.
• 필요한 대역폭은 전기 채널 제한보다 상당히 낮습니다.기존 전기 링크가 이미 도달 범위, 전력 및 밀도 목표를 충족하는 경우 광학 장치를 추가해도 가치가 창출되지 않습니다.

광 상호 연결이 더 강력한 선택이 되는 경우

하나의 숫자가 고정된 임계값을 초과하는 경우가 아니라 여러 제약 조건이 동시에 나타날 때 광학의 사례가 더욱 강화됩니다.

• 도달 범위는 보드/섀시 규모에서 랙, 행 또는 데이터{0}}센터 규모로 이동하고 있습니다.
• 총 대역폭은 사용 가능한 전기 채널 마진보다 빠르게 증가하고 있습니다.
• 타이밍 조정, 균등화 또는 능동 구리 전자 장치는 전력 예산에서 허용할 수 없을 만큼 많은 부분을 소비하고 있습니다.
• EMI, 누화 또는 접지 제약 조건은 관리하기 어렵습니다.
• 포트 밀도, 케이블 부피 또는 공기 흐름이 물리적 설계 한계가 되었습니다.
• 케이블링 공장은 여러 미래 세대의 고속 인터페이스를 지원할 것으로 예상됩니다.{0}}

이러한 조건은 고밀도 컴퓨팅 및{0}}컴퓨터에서 흔히 발생합니다.데이터{0}}센터 연결, 동일한 시스템이 서버 내의 전기 링크와 랙 또는 스위칭 레이어 간의 광학 링크를 사용할 수 있습니다.

교차점: 도달-대역폭-전력 매트릭스 사용

구리가 멈추고 광학이 시작되는 보편적인 거리는 없습니다. 더 나은 접근 방식은 물리적 규모에 따라 연결을 분류한 다음 전기 구현에 여전히 여유가 있는지 테스트하는 것입니다.

특히 AI/HPC의 경우 OIF의 에너지-효율적-인터페이스 요구 사항은 프런트엔드, 백엔드,{3}}로컬 컴퓨팅 링크를 다양한 도달 범위 및 전력 범주에 배치합니다. 헝통의 가이드AI 데이터 센터의 구리 대 광섬유일반 네트워킹이 아닌 AI 클러스터 아키텍처와 관련된 결정을 내릴 때{0}}후속 읽기로 사용할 수 있습니다.

광학 및 전기 상호 연결은 일반적으로 함께 작동합니다.

많은 최신 시스템은 설계상 하이브리드입니다. 전기 신호는 프로세서, 메모리, 스위치 ASIC 및 기타 전자 장치와 가까운 곳에서 효율적으로 유지됩니다. 링크는 거리, 대역폭 밀도 또는 신호{2}}무결성 압력으로 인해 변환이 정당화되는 광학 장치로 전환됩니다.

전환점도 이동하고 있습니다. OIF의{1}}공동 패키징 작업은 이더넷 스위칭 애플리케이션을 위한 3.2Tb/s 공동 패키징 모듈을 정의하고 에지 대역폭 밀리미터당 약 140Gb/s를 목표로 합니다. 더 넓은 산업 방향은 전기 신호를 완전히 제거하는 대신 ASIC과 광학 엔진 사이의 고속 전기 경로 길이를 줄이는 것입니다.-

그만큼OIF 3.2T 공동-패키징 구현 계약"광학 대 전기"가 아키텍처 배치 문제로 점점 더 중요해지는 이유를 이해하는 데 유용한 참고 자료입니다.

일반적인 오해

"광학은 항상 더 빠릅니다."

아니요. 광학은 대역폭과 도달 범위가 큰 장점이 있지만 엔드{1}}투{2}}성능은 송신기, 수신기, DSP, FEC 및 프로토콜에 따라 달라집니다. 짧은 전기 인터페이스는 더 적은 변환 단계로 동일한 애플리케이션 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

"광학은 항상 더 적은 전력을 사용합니다."

아니요. 짧은 전기 연결은 매우 효율적일 수 있습니다. 광학은 완전한 전기 구현에 상당한 균등화, 타이밍 조정 또는 활성 케이블 전자 장치가 필요할 때 더욱 매력적입니다. 전체 링크를 보려면 pJ/비트를 비교하세요.

"구리는 쓸모가 없습니다."

아니요. OIF는 차세대 시스템을 위한 224Gb/s-급 전기 인터페이스를 적극적으로 정의하고 있습니다. 전기 링크는 컴퓨팅과 장비 내부에 여전히 필수적입니다.

"광학 인터커넥트는 광섬유만을 의미합니다."

아니요. 광학 링크에는 전기-광학 부품, 포장 및 전자 장치가 포함됩니다. 광섬유는 채널에서 손실이 가장 낮은-부분일 수 있지만 전체 시스템은 아닙니다.

자주 묻는 질문

어느 정도 거리에서 전기적 상호 연결을 광학적 상호 연결로 교체해야 합니까?

보편적인 거리는 없습니다. 매우 높은 레인 속도에서는 전기 표준이 서브미터 보드 및 백플레인 채널에 최적화될 수 있으며 광 이더넷 표준은 수백 미터 또는 킬로미터를 지원합니다. 결정에는 도달 범위, 차선 속도, 총 대역폭, 전력, 밀도 및 비용이 결합되어야 합니다.

AI 데이터 센터에 광학 상호 연결이 더 좋습니까?

수평 확장 및 고밀도-링크에 중요한 경우가 많지만 전기 링크는 여전히 가속기 및 스위치 실리콘에 가까운 많은 짧은 연결을 지배합니다. OIF의 현재 요구사항에서는 프런트엔드, 백엔드,{4}}로컬 컴퓨팅 상호 연결을 서로 다른 설계 공간으로 명시적으로 처리합니다.

광 상호 연결이 대기 시간을 줄여줍니까?

자동으로 아닙니다. 광 전파는 대기 시간의 일부일 뿐입니다. 변환, DSP 및 FEC는 매체만큼 중요할 수 있습니다. 전체 데이터 경로를 비교하십시오.

광 인터커넥트가 전력을 전달합니까?

광섬유는 그렇지 않습니다. 별도의 도체가 필요합니다. 하이브리드 또는 광전 복합 케이블은 데이터와 전력이 모두 필요할 때 동일한 케이블 구조에 광섬유와 전기 전도체를 배치할 수 있습니다.

전력을 비교하는 데 가장 유용한 측정항목은 무엇입니까?

총 포트 전력 및 냉각 영향과 함께 비트당 전체{0}}링크 에너지를 사용합니다. 구성 요소 전력만으로도 경로의 다른 곳에 있는 리타이머, DSP, 레이저 또는 활성 케이블 전자 장치의 비용을 숨길 수 있습니다.

공동 패키지 광학 장치가-플러그형 광학 장치 및 전기 상호 연결을 대체합니까?

보편적인 대체품이 아닙니다. 공동 패키지 광학은 광학 엔진을 스위칭 또는 컴퓨팅 실리콘에 더 가깝게 만드는 아키텍처 중 하나입니다. 플러그형 광학 장치, 활성 전기 케이블, 수동 구리 및 보드{3}} 수준 전기 링크는 계속해서 다양한 도달 거리, 서비스 용이성, 비용 및 전력 요구 사항을 충족합니다.

최종 테이크아웃

전기적 상호 연결은 물리적 채널이 짧고, 인터페이스에 적절한 신호-마진과 단순성이 있거나 초기 비용이 낮은 경우에 가장 강력합니다. 도달 범위, 총 대역폭, EMI 내성 및 대역폭 밀도가 전기 채널을 더 무거운 균등화, 타이밍 조정 또는 활성{2}}케이블 전력으로 밀어붙임에 따라 광 상호 연결이 더욱 강력해졌습니다.

따라서 크로스오버는 미터 수가 고정되어 있지 않습니다. 이는 완전한 전기 링크가 더 이상 필요한 대역폭, 도달 범위, 전력, 밀도, 대기 시간 및 수명주기-비용 범위를 편안한 여유로 충족하지 못하는 지점입니다.

먼저 해당 제약 조건을 정의하세요. 그런 다음 동일한 데이터 속도와 도달 범위에서 완전한 전기 및 광학 아키텍처를 비교하십시오. 많은 고성능-시스템에서 최상의 설계는 광학적이거나 전기적인 분리 방식이 아닙니다. 이는 실리콘 근처의 전기 신호에서 거리와 대역폭 밀도가 이를 정당화하는 광학 신호로 의도적으로 전환되는 것입니다.