而算力需求的持續增長(cháng)，給碳達峰、碳中和目標帶來(lái)一定壓力，畢竟數據中心是能耗大戶(hù)。這一背景下，發(fā)展“綠色計算”，建設低碳數字基礎設施成為“減碳”新方向。
日前，由CIOE中國光博會(huì )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(dòng)之“數據中心光互連技術(shù)研討會(huì )”在北京舉辦。阿里云計算有限公司技術(shù)專(zhuān)家王鵬介紹了綠色光互聯(lián)技術(shù)方案探索與應用實(shí)踐。
王鵬介紹，典型數據中心能耗構成中，IT設備功耗占比超過(guò)50%，其中網(wǎng)絡(luò )設備能耗在IT設備能耗中占比約10%。網(wǎng)絡(luò )設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(jìn)，可插拔光模塊從10G演進(jìn)到800G，模塊功耗提升近26倍。從50G PAM4/lane光模塊開(kāi)始，電芯片DSP/CDR with driver功耗在可插拔光模塊中的占比超過(guò)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 )架構設計，以及系統散熱方案三方面入手。
降低光模塊功耗方面，包括采用先進(jìn)制程和工藝，降低電芯片DSP/CDR功耗，或是采用線(xiàn)性驅動(dòng)LPO方案，取消電芯片DSP/CDR;或采用NPO、CPO等密集封裝形態(tài);或降低驅動(dòng)電壓、降低插入損耗，提高Laser電光效率和耦合效率等。
實(shí)際情況來(lái)看，采用先進(jìn)制程DSP的功耗和工藝將會(huì )大幅降低芯片功耗，不過(guò)隨著(zhù)半導體制程逼近物理極限，功耗下降區間越來(lái)越小。其次，以800G DR8方案進(jìn)行舉例，不同的技術(shù)方案功耗上也會(huì )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 )架構設計方面，采用小架構建設，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(shí)際情況來(lái)看，部分業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，不追求極大規模集群建設，采用更經(jīng)濟的小集群建設，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(lái)說(shuō)，芯片帶寬翻倍，組網(wǎng)規模變?yōu)樵瓉?lái)的六分之一，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，在傳統數據中心網(wǎng)絡(luò )中，若將Spine層電交換機替換為光交換開(kāi)關(guān)(Optical Circuit Switch，簡(jiǎn)稱(chēng)OCS)，總功耗可以降低至少40%以上。
系統散熱方案方面，降低工作環(huán)境溫度，可以降低系統功耗;采用浸沒(méi)式液冷技術(shù)，使用浸沒(méi)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(méi)式液冷光模塊方案開(kāi)發(fā)及部署，具備400G及更高速率方案開(kāi)發(fā)能力。據了解，阿里單相全浸沒(méi)式液冷能夠實(shí)現全局冷卻、高效換熱，PUE值低至1.09。初步估算，如果全國的數據中心都采用浸沒(méi)液冷技術(shù)，預計到2025年，一年可節省上千億度電。
從阿里云的實(shí)踐看，阿里巴巴張北云數據中心，是互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)第一個(gè)浸沒(méi)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據中心，是國內最大規模浸沒(méi)式液冷生產(chǎn)集群，全中國首座綠色等級達5A的液冷數據中心，全球首座全年平均PUE 1.09的綠色數據中心。
王鵬表示，面向未來(lái)，阿里云將攜手產(chǎn)業(yè)各方共建生態(tài)，促進(jìn)數據中心綠色轉型。秉承技術(shù)驅動(dòng)，倡導節能減排，讓綠色光互聯(lián)技術(shù)助力低碳綠色數據中心建設。
