全新數據中心網絡架構可解決延遲和吞吐量問題

  ICC訊 數據中心內的數據流量及其支持的服務正在迅速增長。就Google而言，其數據中心的帶寬需求每年大約翻番。為此，在硬件方面已經取得了很大的進步。交換機Tomahawk 4剛達到25.6兆位/秒。收發器技術最近又突破了400G。

  到2021年，所有數據中心流量的大約95%將來自云端，并且在云應用中，大多數數據包都在500字節以下。隨著尺寸變小，您需要更快地切換以匹配。不幸的是，網絡仍在等待延遲方面掙扎。

  隨著數據中心系統的擴展，使用中的電子分組交換網絡會遇到“長尾延遲”，通常會達到數百毫秒甚至更長，比中位數值延遲值高幾個數量級。詳細說來，正常情況下，每100名用戶中有1名的等待時間達到峰值并不是問題，但是當1%的用戶變成數千名用戶時，這將成為一個真正的問題。

  最近發布的名為PULSE的體系結構提供了創新的解決方案。本杰明(Benjamin)等人設計了一種由分布式硬件調度程序控制的光電路交換網絡。在MATLAB上建模時，該架構的平均延遲約為1微秒，尾部延遲約為5微秒。當考慮到調整開銷時，它的吞吐量是驚人的每秒25.6Pb，盡管瞬時節點到節點的限制是100Gbps。

  這是通過網絡的一些關鍵功能來完成的。使用了平行星形耦合器，它允許光線從任何端口均等地傳輸到所有其他連接的端口。每個機架有64個節點，總共有64個機架，每個節點都有多個收發器以方便子網。每個收發器都通過不同的星形耦合器將其節點連接到不同的子網。

  在數據傳輸期間，發射器和接收器被調諧到相同的時隙和波長。因此，對于每個耦合器，在同一機架中都有一個對應的節點調度程序，用于處理源-目標機架對。此外，請求會提前幾個時期(周期持續時間)發送到調度程序。創新的調度算法為每個電路周期計算一個新的波長。該架構的關鍵特征是其納秒級電路的重新配置速度。

  由于子網是完全獨立的，因此這種獨特的設置允許重復使用波長。結果，該網絡可以支持超過25萬個頻道。此外，該系統允許100%的波長使用。此架構不需要緩沖、尋址和網絡內交換。但是，它確實需要極快的過濾、調度、數據恢復、可調波長切換和同步。在這種布局下，節點可以有效地共享資源，并使瓶頸最小化。

  令人驚訝的發現之一是，相對于當前的網絡架構，其成本約為5美元 / Gbps，實際上具有很高的成本效益。為此，該網絡每位僅消耗82皮焦耳。收發器的成本在下降，這將進一步使PULSE等系統受益。此外，在數據中心刷新周期內，僅需要升級終端節點收發器，從而可以節省更多成本。