تتطلب أجهزة الإرسال والاستقبال SFP النحاسية 10G طاقة أقل

 

 

 

تطور الرقائق لا أحد يتحدث عنه

 

لقد قمت بنشر المئات من هذه الوحدات منذ عام 2018، والفرق في استهلاك الطاقة ليس مجرد تحسين في ورقة المواصفات-يمكنك الشعور به حرفيًا. كانت الوحدات العامة- الأولى التي قمت بتثبيتها في منشأة مشتركة تعمل بشكل ساخن للغاية لدرجة أن فريق العمليات اشتكى من ارتفاع درجة الحرارة المحيطة في الممر البارد. لم نتمكن من ملء منافذ SFP+ المجاورة. فترة.

جاءت نقطة التحول مع إصدار Broadcom BCM84891. أدت هذه الشريحة إلى خفض استهلاك الطاقة إلى 1.6 وات تقريبًا عند مسافة 30 مترًا و2.0 وات عند الدفع لمسافة 80- مترًا. للمقارنة، لا يزال جهاز Marvell 88X3310 الأقدم (متغير غير P) يبلغ حوالي 3.3 واط نموذجيًا. انخفض جهاز Marvell 88X3310P الأحدث بشكل كبير، على الرغم من أن التوفر كان متقطعًا خلال معظم عام 2023.

ما يهم هنا ليس مجرد رقم القوة الكهربائية الموجود في ورقة البيانات. كل واط يستهلكه 10 جرام نحاسجهاز الإرسال والاستقبال sfpيترجم إلى ما يقرب من اثنين واط إضافية من حمل التبريد. اضرب ذلك عبر 48-محول ToR للمنافذ، ثم قم بالتوسيع عبر مئات الحوامل - يصبح فرق النفقات التشغيلية كبيرًا.

 

النشر في العالم الحقيقي-: عندما تنهار الحسابات الحسابية

 

هنا سأعترف بشيء لن تخبرك به وثائق البائع. حتى مع الوحدات الفرعية بقدرة 2.5 وات، لا يزال يتعذر عليك ملء كل منفذ SFP+ بشكل كامل بأجهزة إرسال واستقبال نحاسية في معظم المحولات التجارية. الميزانية الحرارية ببساطة لا تسمح بذلك. لقد رأيت محولات سلسلة Cisco Nexus 9000 حيث يوصي الدعم الفني صراحةً بترك فجوات بين المنافذ المأهولة. تشير وثائق Arista لبعض نماذج 7050 إلى قيود مماثلة.

يساعد توافق IEEE 802.3az Ethernet الموفر للطاقة إلى حد ما. تعمل هذه الوحدات على تقليل الطاقة أثناء فترات الخمول، وهو ما يغطي بشكل واقعي ربما 60-70% من الوقت التشغيلي النموذجي لشبكة المؤسسة. لكن سيناريوهات حركة المرور المتلاحقة-النوافذ الاحتياطية، وعمليات ترحيل الأجهزة الافتراضية، ومهام النسخ المتماثل للتخزين - لا تزال تلك الأمور تدفع الوحدات النمطية إلى السحب الكامل.

 

 

زمن الاستجابة: إيقاف الصفقة المخفية-.

 

تأتي كفاءة الطاقة بتكلفة، وهي نادرًا ما تظهر في قرارات الشراء. يقدم جهاز الإرسال والاستقبال sfp النحاسي 10 جرام حوالي 2.6 ميكروثانية من زمن الوصول لكل قفزة بسبب الحمل الزائد لتشفير IEEE 802.3an. وحدات SFP + الضوئية عند 850 نانومتر؟ حوالي 0.1 ميكروثانية. حتى كابلات DAC Twinax السلبية تصل إلى 0.3μs.

بالنسبة لمعظم أعباء العمل في المؤسسات، لا أحد يهتم. لكنني قمت باستشارة شركتين للتداول عالي التردد-حيث أدى زمن الاستجابة المتراكم عبر ثلاث أو أربع قفزات 10GBASE-T إلى جعل النحاس عنصرًا غير- مطلقًا. لقد سحبوا كل وحدة نحاسية في غضون شهر من النشر.

حالة استخدام مختلفة، إجابة مختلفة. هذه هي الحقيقة غير المثيرة لهندسة الشبكات.

 

مقارنة شرائح PHY: ما الذي يدفع في الواقع سحب الطاقة

 

إن التباين في استهلاك الطاقة بين مختلف العلامات التجارية لأجهزة الإرسال والاستقبال النحاسية 10 جرام sfp يرجع بالكامل تقريبًا إلى اختيار شريحة PHY وعقدة المعالجة. تحليل سريع يعتمد على الاختبارات التي أجريتها وبيانات البائع التي أثق بها:

يعمل جهاز Broadcom BCM84891L بأروع ما يكون-عادةً بقدرة 1.5 وات على مسافة 30 مترًا، ويمكن زيادته لعمليات التشغيل الأطول. تبلغ المسافة -المقايضة 30 مترًا كحد أقصى في مراجعات البرامج الثابتة السابقة، على الرغم من وجود 80 مترًا-من الإصدارات القادرة الآن. يصل Marvell AQR113C إلى حوالي 2.0-2.5 واط ولكنه يوفر توافقًا أفضل عبر نطاق أوسع من الأجهزة المضيفة. يقع Realtek RTL8261BE الأقدم في مكان ما بينهما، على الرغم من أنني رأيت عددًا أقل من الوحدات التي تستخدم هذه الشرائح في سوق أمريكا الشمالية.

عقدة العملية مهمة للغاية. أدت القفزة من تصميمات PHY من 40 نانومتر إلى 28 نانومتر إلى انخفاض استهلاك الطاقة بنسبة 40٪ تقريبًا. أحدث تصميمات Marvell التي تبلغ 16 نانومتر تدفع ذلك إلى أبعد من ذلك، على الرغم من أن الوحدات التي تستخدم هذه الرقائق تتطلب أسعارًا مرتفعة للغاية.

 

جودة الكابل والمسافة: البائعون المتغيرون يقللون من شأنهم

 

استهلاك طاقة الوحدة ليس ثابتًا-ويتغير حسب طول الكابل وجودته. جهاز إرسال واستقبال sfp نحاسي 10 جرام مرتبط بأكثر من 10 أمتار من كابل Cat7 المحمي المتميز سوف يسحب طاقة أقل بشكل ملحوظ من نفس الوحدة المتصلة عبر 25 مترًا من Cat6a المتوسط.

تعمل شريحة PHY بجهد أكبر للحفاظ على سلامة الإشارة على المدى الطويل والكابلات الأكثر ضوضاءً. تستهلك خوارزميات تصحيح الأخطاء دورات المعالجة. دورات المعالجة تستهلك الطاقة. علاقة بسيطة، ولكنها تتجاهلها فرق المشتريات باستمرار عند تحديد الكابلات إلى جانب مشتريات أجهزة الإرسال والاستقبال.

لقد قمت بقياس اختلافات تتراوح بين 0.3 وات إلى 0.4 وات بين الوحدات المتطابقة بناءً على اختيارات الكابلات فقط. لا يبدو الأمر كثيرًا حتى تقوم بملء 500 منفذ عبر عملية النشر.

 

نطاقات درجات الحرارة والمتغيرات الصناعية

 

مواصفات وحدات 10GBASE التجارية القياسية -T تتراوح نطاقات التشغيل من 0 درجة إلى 70 درجة. تدفع المتغيرات الصناعية ذلك إلى -40 درجة إلى 85 درجة، وهو أمر مهم بالنسبة لأكواخ الاتصالات والمرفقات الخارجية وعمليات نشر الأرضيات الصناعية. تكلف الوحدات الصناعية أكثر-عادةً بنسبة 30-40%، ويظل ملف تعريف استهلاك الطاقة قابلاً للمقارنة.

ما يتغير هو سلوك بدء التشغيل. يمكن أن تتسبب سيناريوهات التشغيل البارد- في درجات حرارة شديدة الانخفاض في حدوث ارتفاعات مؤقتة في الطاقة أثناء استقرار شريحة PHY. تشتمل معظم الوحدات الحديثة على برامج ثابتة للإدارة الحرارية تتعامل مع هذا الأمر بأمان، لكن المخزون الصناعي الأقدم يمكن أن يظهر رفرفة الارتباط أثناء عملية الإحماء الأولية في البيئات الباردة.

 

 

المفاوضات التلقائية-المعدلات المتعددة-والتأثيرات على الطاقة

 

تدعم وحدات الإرسال والاستقبال النحاسية sfp 10 جيجا الحديثة-التشغيل بمعدلات متعددة-10 جيجا/5 جيجا/2.5 جيجا/1 جيجا{10}}التفاوض التلقائي عبر اتصال RJ45 واحد. قام معيار IEEE 802.3bz بتدوين السرعات المتوسطة، وتتوافق معظم وحدات الجيل-الحديثة. إليك ما يهم من منظور الطاقة: يؤدي الانتقال إلى الوضع 2.5GBASE-T أو NBASE-T إلى تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 15-20% تقريبًا مقارنة بتشغيل 10GBASE-T الكامل.

بعض عمليات النشر تستفيد من هذا عمدا. قامت إحدى مشرفات التخزين التي عملت معها العام الماضي بتكوين روابط NAS الخاصة بها على شبكة 5G بدلاً من 10G-، ولم تتجاوز متطلبات الإنتاجية الفعلية مطلقًا 4 جيجابت في الثانية، كما بلغ توفير الطاقة عبر 24 وحدة إجمالي 8 وات تقريبًا. ليست تحويلية، ولكنها مفيدة لمنشأة صغيرة ذات قدرة وحدة PDU محدودة.

تتيح لك مراقبة التشخيص الرقمي SFF-8472 المدمجة في الوحدات المتوافقة إمكانية تتبع سحب الطاقة في الوقت الفعلي جنبًا إلى جنب مع درجة الحرارة وجودة الإشارة. يستحق التمكين على أي محول يدعمه.

 

القيمة الخارجية 1.1 وات: تطبيقات SWaP-المقيدة

 

تطالب إحدى الشركات المصنعة-BotBlox-بوحدة SFP بقدرة 1.1 وات 10GBASE-T مصممة خصيصًا للطائرات بدون طيار والروبوتات والتطبيقات تحت سطح البحر. إن قيود الحجم والوزن والطاقة (SWaP) في هذه البيئات تجعل الوحدات القياسية بقدرة 2.5 واط غير عملية. لم أختبر هذه الوحدات شخصيًا، لذا لا أستطيع أن أضمن الأداء العالمي-الحقيقي، ولكن الأسلوب منطقي: إعادة تصميم الدوائر الداخلية بالكامل بدلاً من انتظار تقليص عملية الشريحة التالية.

لن تحل هذه محل عمليات نشر مركز البيانات. لكنهم أثبتوا أن الحد الأدنى 2-2.5 واط ليس حدًا فيزيائيًا أساسيًا، بل هو نقطة تحسين اقتصادي للأسواق الرئيسية.

 

عندما لا يزال النحاس يخسر

 

على الرغم من تحسينات الطاقة، يظل جهاز الإرسال والاستقبال النحاسي 10 جرام sfp غير مناسب للعديد من السيناريوهات. تطبيقات الناهض الرأسي داخل المباني-تفضل قيود طول الكابل واعتبارات EMI الألياف. من الواضح أن وصلات العمود الفقري للحرم الجامعي تتجاوز 100 متر-منطقة الألياف. أي عملية نشر تتطلب زمن وصول أقل من 1μs لكل قفزة.

لم تحقق الوحدات أبدًا تكافؤًا في الأسعار مع بصريات 10G-SR. يعمل جهاز الإرسال والاستقبال 10GBASE-T عالي الجودة بحوالي 6-8 أضعاف تكلفة وحدات SFP+ المكافئة مقاس 850 نانومتر. تكون معادلة التكلفة منطقية فقط عندما تقوم البنية التحتية لـ Cat6a/Cat7 الحالية بتعويض القسط لكل منفذ، أو عندما يحرك اتصال نقطة النهاية RJ45 المتطلبات.

 

 

الاتجاه المستقبلي: 25GBASE-T وقياس الطاقة

 

تتجه الصناعة نحو 25GBASE-T، وتشير المؤشرات المبكرة إلى أن استهلاك الطاقة سيتراوح بين 3 وات و5 وات لوحدات الجيل الأول-. يشير التاريخ إلى أن هذا الرقم سينخفض ​​بشكل كبير خلال 3 إلى 4 سنوات مع نضوج تصميمات الرقائق.

في الوقت الحالي، يمثل 10GBASE-T عند sub-2.5W نقطة عملية رائعة-لكفاءة الطاقة الكافية لعمليات النشر ذات الكثافة المتوسطة، والتوافق الواسع مع البنية الأساسية الحالية للكابلات، والسيليكون الناضج بما يكفي لتحقيق الاستقرار في حالات انقطاع سلسلة التوريد إلى حد كبير.

الوحدات ليست مثالية. لن يكونوا كذلك أبدا. لكن تحسينات كفاءة الطاقة منذ عام 2018 نقلتها من "حل حالة الحافة العرضية" إلى "خيار الاختيار الأول-الشرعي" لاتصال الحامل داخل-والحامل المجاور-في البيئات ذات تشغيل النحاس الراسخ.

وهذا تحول ذو مغزى، حتى لو كانت المناقشات الفنية نادرا ما تحظى بالاهتمام الذي تستحقه.