而算力需求的持續(xù)增長，給碳達峰、碳中和目標帶來一定壓力，畢竟數(shù)據(jù)中心是能耗大戶。這一背景下，發(fā)展“綠色計算”，建設(shè)低碳數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施成為“減碳”新方向。
日前，由CIOE中國光博會與C114通信網(wǎng)聯(lián)合推出的“2023中國光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”系列活動之“數(shù)據(jù)中心光互連技術(shù)研討會”在北京舉辦。阿里云計算有限公司技術(shù)專家王鵬介紹了綠色光互聯(lián)技術(shù)方案探索與應(yīng)用實踐。
王鵬介紹，典型數(shù)據(jù)中心能耗構(gòu)成中，IT設(shè)備功耗占比超過50%，其中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗在IT設(shè)備能耗中占比約10%。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中光模塊能耗占比一般接近40%。
具體到光模塊的功耗演進，可插拔光模塊從10G演進到800G，模塊功耗提升近26倍。從50G PAM4/lane光模塊開始，電芯片DSP/CDR with driver功耗在可插拔光模塊中的占比超過60%。
王鵬表示，目前業(yè)界對于綠色光互聯(lián)技術(shù)探索主要從光模塊功耗、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計，以及系統(tǒng)散熱方案三方面入手。
降低光模塊功耗方面，包括采用先進制程和工藝，降低電芯片DSP/CDR功耗，或是采用線性驅(qū)動LPO方案，取消電芯片DSP/CDR;或采用NPO、CPO等密集封裝形態(tài);或降低驅(qū)動電壓、降低插入損耗，提高Laser電光效率和耦合效率等。
實際情況來看，采用先進制程DSP的功耗和工藝將會大幅降低芯片功耗，不過隨著半導(dǎo)體制程逼近物理極限，功耗下降區(qū)間越來越小。其次，以800G DR8方案進行舉例，不同的技術(shù)方案功耗上也會有差異，TFLN方案功耗略低于EML，EML方案功耗略低于SiPh;而采用LPO方案的DR和SR模塊功耗分別降低至少35%～50%。最后，以單端口800G帶寬為例，NPO switch相比Pluggable switch光互聯(lián)功耗可以降低至少10%以上;而CPO switch相比Pluggable switch光互聯(lián)功耗可以降低至少50%以上。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計方面，采用小架構(gòu)建設(shè)，降低光互聯(lián)距離，用多模光模塊代替單模光模塊;采用高帶寬交換芯片代替低帶寬芯片堆疊;采用光交換代替電交換機。
實際情況來看，部分業(yè)務(wù)場景中，不追求極大規(guī)模集群建設(shè)，采用更經(jīng)濟的小集群建設(shè)，400G及以下速率采用多模光模塊可以降低光互聯(lián)功耗。以200G和400G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為例，全部采用多模光模塊相比單模光模塊(同代產(chǎn)品)功耗分別下降至少30%和20%。
對單芯片交換機來說，芯片帶寬翻倍，組網(wǎng)規(guī)模變?yōu)樵瓉淼牧种�，光模塊總功耗下降至少65%。以51.2T交換芯片為例，單臺51.2T交換機相比6臺25.6T交換機，整機總功耗下降至少70%。另外，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，若將Spine層電交換機替換為光交換開關(guān)(Optical Circuit Switch，簡稱OCS)，總功耗可以降低至少40%以上。
系統(tǒng)散熱方案方面，降低工作環(huán)境溫度，可以降低系統(tǒng)功耗;采用浸沒式液冷技術(shù)，使用浸沒式液冷光模塊。
王鵬表示，目前，阿里巴巴已自主完成100G和200G浸沒式液冷光模塊方案開發(fā)及部署，具備400G及更高速率方案開發(fā)能力。據(jù)了解，阿里單相全浸沒式液冷能夠?qū)崿F(xiàn)全局冷卻、高效換熱，PUE值低至1.09。初步估算，如果全國的數(shù)據(jù)中心都采用浸沒液冷技術(shù)，預(yù)計到2025年，一年可節(jié)省上千億度電。
從阿里云的實踐看，阿里巴巴張北云數(shù)據(jù)中心，是互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)第一個浸沒式液冷生產(chǎn)集群，全局自然冷卻，局部PUE可達1.04;阿里巴巴仁和液冷數(shù)據(jù)中心，是國內(nèi)最大規(guī)模浸沒式液冷生產(chǎn)集群，全中國首座綠色等級達5A的液冷數(shù)據(jù)中心，全球首座全年平均PUE 1.09的綠色數(shù)據(jù)中心。
王鵬表示，面向未來，阿里云將攜手產(chǎn)業(yè)各方共建生態(tài)，促進數(shù)據(jù)中心綠色轉(zhuǎn)型。秉承技術(shù)驅(qū)動，倡導(dǎo)節(jié)能減排，讓綠色光互聯(lián)技術(shù)助力低碳綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)。
