I ricetrasmettitori SFP in rame 10G richiedono meno energia

 

 

 

L'evoluzione dei chip di cui nessuno parla

 

Ho implementato centinaia di questi moduli dal 2018 e la differenza nell'assorbimento di potenza non è solo un miglioramento della scheda tecnica-puoi letteralmente sentirla. I moduli di prima-generazione che ho installato in una struttura di colocation si surriscaldavano così tanto che il team operativo si è lamentato dei picchi di temperatura ambiente nel corridoio freddo. Non è stato possibile popolare le porte SFP+ adiacenti. Periodo.

La svolta è arrivata con il rilascio del BCM84891 di Broadcom. Questo chip ha ridotto il consumo energetico a circa 1,6 W a 30 metri e a 2,0 W quando si spingono a 80- metri. Per fare un confronto, il vecchio Marvell 88X3310 (variante non P) consuma ancora circa 3,3 W tipici. Il nuovo Marvell 88X3310P ha registrato un calo considerevole, anche se la disponibilità è stata discontinua per gran parte del 2023.

Ciò che conta qui non è solo la cifra di wattaggio su una scheda tecnica. Ogni watt consumato da un rame da 10 gricetrasmettitore sfpsi traduce in circa due watt aggiuntivi di carico di raffreddamento. Moltiplicandolo su switch ToR a 48-porte, quindi scalando su centinaia di rack: la differenza OPEX diventa sostanziale.

 

Implementazione nel mondo reale-: quando i conti non funzionano

 

Qui è dove ammetterò qualcosa che la documentazione del fornitore non ti dirà. Anche con moduli inferiori a 2,5 W, non è ancora possibile popolare completamente ogni porta SFP+ con ricetrasmettitori in rame sulla maggior parte degli switch commerciali. Il budget termico semplicemente non lo consente. Ho visto switch Cisco Nexus serie 9000 in cui il supporto tecnico consiglia esplicitamente di lasciare degli spazi tra le porte popolate. La documentazione di Arista per alcuni modelli 7050 suggerisce vincoli simili.

La conformità IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet aiuta in qualche modo. Questi moduli limitano la potenza durante i periodi di inattività, che realisticamente coprono forse il 60-70% del tempo operativo di una tipica rete aziendale. Ma gli scenari di traffico intenso-finestre di backup, migrazioni di VM, processi di replica dello storage continuano a spingere i moduli al massimo livello.

 

 

Latenza: il compromesso nascosto-off

 

L'efficienza energetica ha avuto un costo, ed è un costo che raramente appare nelle decisioni di acquisto. Il ricetrasmettitore sfp in rame da 10 g introduce circa 2,6μs di latenza per hop a causa del sovraccarico della codifica IEEE 802.3an. Moduli ottici SFP+ a 850 nm? Circa 0,1μs. Anche i cavi DAC twinax passivi hanno un clock di 0,3μs.

Per la maggior parte dei carichi di lavoro aziendali, a nessuno importa. Ma ho consultato due società commerciali ad alta-frequenza in cui la latenza accumulata su tre o quattro hop 10GBASE-T rendeva il rame assolutamente non-partente. Hanno estratto ogni singolo modulo in rame entro un mese dall'implementazione.

Caso d'uso diverso, risposta diversa. Questa è la realtà poco attraente dell'ingegneria di rete.

 

Confronto tra chip PHY: cosa determina effettivamente il consumo di energia

 

La variazione nel consumo energetico tra diversi marchi di ricetrasmettitori sfp in rame da 10 g dipende quasi interamente dalla selezione del chip PHY e dal nodo di processo. Una rapida analisi basata sui test che ho condotto e sui dati dei fornitori di cui mi fido:

Broadcom BCM84891L funziona alla massima temperatura-tipicamente con 1,5 W a 30 m, scalando per corse più lunghe. Il compromesso-è una distanza massima di 30 m sulle versioni firmware precedenti, anche se ora esistono versioni con capacità di 80 m-. Marvell AQR113C raggiunge circa 2,0-2,5 W ma offre una migliore compatibilità su una gamma più ampia di dispositivi host. Il vecchio Realtek RTL8261BE si trova da qualche parte nel mezzo, anche se ho visto meno moduli che utilizzano quel chipset nel mercato nordamericano.

Il nodo del processo conta enormemente. Il passaggio dai progetti PHY da 40 nm a 28 nm ha ridotto il consumo energetico di circa il 40%. Gli ultimi progetti Marvell a 16 nm spingono oltre, sebbene i moduli che utilizzano questi chip richiedano notevoli aumenti di prezzo.

 

Qualità e distanza dei cavi: le variabili sottovalutate dai venditori

 

Il consumo energetico del modulo non è statico-si adatta alla lunghezza e alla qualità del cavo. Un ricetrasmettitore sfp in rame da 10 g collegato su 10 metri di cavo schermato Cat7 premium assorbirà una potenza misurabilmente inferiore rispetto allo stesso modulo collegato tramite 25 metri di mediocre Cat6a.

Il chip PHY lavora di più per mantenere l'integrità del segnale su percorsi più lunghi e cavi più rumorosi. Gli algoritmi di correzione degli errori consumano cicli di elaborazione. I cicli di elaborazione consumano energia. Relazione semplice, ma che i team di approvvigionamento ignorano costantemente quando specificano il cablaggio insieme all'acquisto del ricetrasmettitore.

Ho misurato differenze da 0,3 W a 0,4 W tra moduli identici basandomi esclusivamente sulle scelte di cablaggio. Non sembra molto finché non si riempiono 500 porte in una distribuzione.

 

Intervalli di temperatura e varianti industriali

 

I moduli commerciali standard 10GBASE-T specificano intervalli operativi da 0 gradi a 70 gradi. Le varianti industriali la spingono da -40 gradi a 85 gradi, il che è importante per capanne di telecomunicazioni, recinzioni esterne e implementazioni di impianti di produzione. I moduli industriali costano di più-tipicamente premium del 30-40% e il profilo di consumo energetico rimane comparabile.

Ciò che cambia è il comportamento di avvio. Gli scenari di avvio a freddo-a temperature estremamente basse possono causare picchi di potenza temporanei mentre il chip PHY si stabilizza. La maggior parte dei moduli moderni include un firmware di gestione termica che gestisce questo problema con garbo, ma i vecchi prodotti industriali possono mostrare sbattimenti dei collegamenti durante il riscaldamento iniziale in ambienti freddi.

 

 

Negoziazione automatica-multi-tasso e implicazioni sul potere

 

I moderni moduli ricetrasmettitori sfp in rame da 10 G supportano il funzionamento multi-velocità-la negoziazione automatica-10G/5G/2,5G/1G su una singola connessione RJ45. Lo standard IEEE 802.3bz ha codificato le velocità intermedie e la maggior parte dei moduli-della generazione attuale sono conformi. Ecco cosa conta dal punto di vista energetico: il passaggio alle modalità 2.5GBASE-T o NBASE-T riduce l'assorbimento di potenza di circa il 15-20% rispetto al funzionamento completo 10GBASE-T.

Alcune distribuzioni sfruttano intenzionalmente questo aspetto. Un amministratore di archiviazione con cui ho lavorato l'anno scorso ha configurato i suoi collegamenti NAS su 5G anziché su 10G-i requisiti di throughput effettivi non hanno mai superato i 4 Gbps sostenuti e il risparmio energetico su 24 moduli è stato pari a circa 8 W totali. Non trasformativo, ma significativo per una piccola struttura con capacità PDU limitata.

Il monitoraggio della diagnostica digitale SFF-8472 integrato nei moduli conformi ti consente di monitorare l'assorbimento di potenza in tempo reale insieme alla temperatura e alla qualità del segnale. Vale la pena abilitarlo su qualsiasi switch che lo supporti.

 

Il valore anomalo di 1,1 W: applicazioni vincolate SWaP-

 

Un produttore-BotBlox-sostiene un modulo SFP 10GBASE-T da 1,1 W progettato specificatamente per droni, robotica e applicazioni sottomarine. I vincoli di dimensioni, peso e potenza (SWaP) in questi ambienti rendono impraticabili i moduli standard da 2,5 W. Non ho testato personalmente queste unità, quindi non posso garantire le prestazioni nel mondo reale-, ma l'approccio ha senso: riprogettare completamente i circuiti interni invece di aspettare il successivo restringimento del processo del chip.

Questi non sostituiranno le distribuzioni dei data center. Ma dimostrano che il limite minimo di 2-2,5 W non è un limite fisico fondamentale: è un punto di ottimizzazione economica per i mercati tradizionali.

 

Quando il rame perde ancora

 

Nonostante i miglioramenti energetici, il ricetrasmettitore sfp in rame da 10 g rimane inappropriato per diversi scenari. Le applicazioni di montanti verticali all'interno degli edifici-i vincoli di lunghezza del cavo e le considerazioni EMI favoriscono la fibra. La dorsale del campus si estende oltre i 100 metri-ovviamente territorio in fibra. Qualsiasi distribuzione che richieda una latenza inferiore a 1μs per hop.

Inoltre, i moduli non hanno mai raggiunto la parità di prezzo con l'ottica 10G-SR. Un ricetrasmettitore 10GBASE-T di qualità costa circa 6-8 volte il costo dei moduli SFP+ equivalenti da 850 nm. L’equazione dei costi ha senso solo quando l’infrastruttura Cat6a/Cat7 esistente compensa il premio per porta o quando la connettività endpoint RJ45 determina il requisito.

 

 

Direzione futura: 25GBASE-T e scalabilità della potenza

 

Il settore si sta spingendo verso 25GBASE-T e le prime indicazioni suggeriscono che il consumo energetico sarà compreso tra 3 W e 5 W per i moduli di prima-generazione. La storia suggerisce che tale cifra diminuirà sostanzialmente entro 3-4 anni man mano che la progettazione dei chip maturerà.

Per ora, 10GBASE-T a meno di-2,5 W rappresenta un punto di forza pratico-efficienza energetica sufficiente per implementazioni a densità moderata, ampia compatibilità con l'infrastruttura di cablaggio esistente e silicio sufficientemente maturo da stabilizzare ampiamente le interruzioni della catena di fornitura.

I moduli non sono perfetti. Non lo saranno mai. Ma i miglioramenti in termini di efficienza energetica a partire dal 2018 li hanno spostati da "soluzione occasionale per casi limite" a "opzione legittima di prima-scelta" per la connettività intra-rack e adiacente-rack in ambienti con percorsi in rame consolidati.

Si tratta di un cambiamento significativo, anche se le discussioni tecniche raramente ricevono l'attenzione che meritano.