Блог

May 10, 2023

Миссия «Аполлон»: за революцией Google в области коммутации оптических схем

Как Google увидела свет и провела капитальный ремонт своих центров обработки данных за последние несколько лет

Как Google увидела свет и провела капитальный ремонт своих дата-центров

За последние несколько лет Google незаметно реконструировал свои центры обработки данных, заменяя сетевую инфраструктуру радикальным собственным подходом, который уже давно является мечтой представителей сетевого сообщества.

Он называется «Миссия Аполлон», и его суть заключается в использовании света вместо электронов и замене традиционных сетевых коммутаторов переключателями оптических схем (OCS). Амин Вахдат, руководитель группы по инфраструктуре систем и сервисов Google, рассказал нам, почему это так важно.

Эта функция появилась в последнем выпуске журнала DCD Magazine. Подпишитесь бесплатно сегодня

Существует фундаментальная проблема со связью в центрах обработки данных: неэффективность, обусловленная тем фактом, что она охватывает два мира. Обработка осуществляется электроникой, поэтому информация на уровне сервера хранится в электрической области. Но перемещать информацию быстрее и проще в мире света с помощью оптики.

В традиционных сетевых топологиях сигналы переключаются между электрическими и оптическими. «Все происходило шаг за шагом: вы конвертируете обратно в электронику, снова переносите в оптику и так далее, оставляя большую часть работы в электронной сфере», — сказал Вахдат. «Это дорого, как с точки зрения стоимости, так и с точки зрения энергии».

С помощью OCS компания «оставляет данные в оптической области как можно дольше», используя крошечные зеркала для перенаправления лучей света из точки источника и отправки их непосредственно в порт назначения в качестве оптического кросс-соединения.

«Выполнение этой работы уменьшает задержку связи, потому что теперь вам не придется так много ходить по центру обработки данных», — сказал Вахдат. «Это исключает этапы электрического переключения — раньше это было основой центров обработки данных большинства людей, в том числе и нашего».

Традиционная архитектура Clos, встречающаяся в других центрах обработки данных, опирается на позвоночник, состоящий из электронных пакетных коммутаторов (EPS), построенных на основе кремния таких компаний, как Broadcom и Marvell, который подключен к «листьям» или коммутаторам наверху стойки.

Системы EPS дороги и потребляют немало энергии, а также требуют обработки каждого пакета с большой задержкой, когда сигналы находятся в электронной форме, прежде чем преобразовать их обратно в световую форму для дальнейшей передачи.

OCS требует меньше энергии, говорит Вахдал: «В этих системах, по сути, единственная мощность, потребляемая этими устройствами, — это мощность, необходимая для удержания зеркал на месте. Это совсем немного, поскольку это крошечные зеркала».

Свет попадает в коммутатор проекта «Аполлон» через пучок волокон и отражается от нескольких кремниевых пластин, каждая из которых содержит крошечный массив зеркал. Эти зеркала представляют собой трехмерные микроэлектромеханические системы (МЭМС), которые можно быстро индивидуально перенастроить, чтобы каждый световой сигнал можно было немедленно перенаправить на другое волокно в выходном пучке.

Каждый массив содержит 176 крошечных зеркал, хотя из соображений экономии используются только 136. «Эти зеркала все сделаны по индивидуальному заказу, все они немного разные. И это означает, что для всех возможных входов и выходов комбинация составляет 136 в квадрате», - сказал он.

Это означает 18 496 возможных комбинаций между двумя зеркальными пакетами.

Максимальная потребляемая мощность всей системы составляет 108 Вт (и обычно она потребляет намного меньше), что значительно ниже того, что может достичь аналогичный EPS, — около 3000 Вт.

За последние несколько лет Google развернула тысячи таких систем OCS. Нынешнее поколение Palomar «широко используется во всех наших инфраструктурах», — сказал Вахдат.

Google считает, что это самый масштабный случай использования OCS в мире, с большим отрывом. «Мы занимаемся этим уже некоторое время», — говорит Вахдат.

Для разработки всей системы потребовался ряд нестандартных компонентов, а также специальное производственное оборудование.

Производство Palomar OCS означало разработку специальных тестеров, станций выравнивания и сборки для зеркал MEMS, оптоволоконных коллиматоров, оптического ядра и его составных компонентов, а также полного продукта OCS. Был разработан специальный автоматизированный инструмент для выравнивания, позволяющий размещать каждую 2D-матрицу линз с субмикронной точностью.