建構新世代資料中心　PSM4/矽光子兼顧成本與效益

多年來，雖然大多數消費者已經以某種形式(如Flicker、iTunes等等)使用著雲端(Cloud)技術，但最大的變化之一卻是私營企業積極地擴展雲端的應用。IBM在2011年進行的研究發現，70%的中等規模企業正在使用建基於雲端(Cloud-based)的分析，而66%早已部署或者正在計畫部署建基於雲端的技術。

這些並不是在公司內部增加資訊科技(IT)能力，而是將資料轉移到雲端，這項方案已獲證明同時具高成本效益和即時性。微軟(Microsoft)在2013年中指出，其SkyDrive服務已經有2,500萬客戶。這一趨勢將繼續加速演進。

隨選視訊/行動娛樂需求日殷

從Hulu到蘋果電視(Apple TV)到亞馬遜金牌服務(Amazon Prime)、網飛(Netflix)和等發展可看出，人們的娛樂行為已從指定時間模式轉變到隨選式(On-demand)模式。此外，娛樂已被看作是一種產品，人們期待它不僅可以在需要時提供，而且也在需要的地方提供。

業界已有多種觀看/體驗平台和選項，網際網路電視、平板電腦、個人電腦(PC)和智慧手機讓觀眾在他們選擇的地點和時間接收任何類型的資訊或娛樂。而這需要大規模的基礎設施來儲存和支援按消費者所需的方案。

巨量數據湧現　新資料中心增建在即

人們每天都會產生大量資料，例如來自數位照片、視訊、社交媒體網站、智慧感測器、購物交易紀錄、手機全球衛星定位系統(GPS)訊號等。以往，大多數資料都被認為沒有什麼價值，然後被刪除。然而，近來即便資料處於不同的類型、格式，而且跨越不同的系統，新的資料庫管理(其中最著名的是Hadoop的開發)技術仍舊可以實現建基於大規模資料的相關資訊。

本質上，所有資料都變得可管理和潛在有用的。其結果是，所有資料都開始被無限期儲存，並被挖掘以獲得資訊和關聯資料。

在這些多種因素下，資料中心正變得更龐大和更分散。虛擬化(Virtualization)意味著以往須要採用額外硬體的系統架構，現在使用較少的設備就可以建立，而且還具有更多的互連以確保資源能夠充分利用和互動。下一代資料中心設計通常要求兩個主要特點：性能的可擴展性和一致性，以及低延遲。

對可擴展性的要求是為了處理服務的擴大，以及客戶與資料的增加；而對性能一致性的要求則是為了提供節點之間流暢的資料流程。傳統的核心彙聚和接入(Core-Aggregation and Access)三層資料中心架構非常適合傳統的電子郵件、網頁和流量的使用。然而，對於視訊和內容傳輸、虛擬機器、雲端存取和社交網路內容集合的新要求，則須要整個資料中心具有低延遲。無阻塞的頻寬成為一種要求和技術挑戰，並需要一種新的資料中心架構。

「樹幹和葉子」式的架構解決了這兩個問題。一個中央主幹可處理葉子之間的高頻寬資料，而葉子控制著伺服器機群之間的流量。性能因而是平衡的，同時該結構允許當系統擴大時增加葉子數量。節點之間的傳輸可透過低延遲由東至西(East-west)的流量來平衡及存取。此類型架構有許多影響，而其中一個物理方面的影響就是需要更長距離的光纖連接。這反過來成為一個推動PSM4和矽光子需求的因素。

突破距離/資料傳送限制　多模光纖希望之所繫

在過去的10年裡，銅纜高速連接已經面臨著一個主要挑戰。由於資料速率的增加，銅纜連接能夠適應的距離已減少到必須尋找替代解決方案的程度。為了處理增加的資料速率，業界已開發新奇的方法來擴大銅纜方案的距離：更高的美國線規(AWG)電纜、新介質材料、新均衡化(Equalization)方案、CDR和其他主動訊號完整性元件。每種方法都帶來成本增加和實施挑戰。但是，最後交叉點出現了，多模光纖(Multi-Mode Fiber, MMF)成為用於超過某一資料速率和距離組合之僅有可行的解決方案。

隨著時間的過去，多模光纖也出現相同挑戰，推動著對於更多新奇的光纖和連接器結構的需求，例如具有OM2的1Gbase-SR(光纖範圍為550公尺)、具有OM3的40Gbase-SR4(光纖範圍為150公尺)、具有OM4的100Gbase-SR4(光纖範圍為100公尺)。

每種新升級需要大量的資料中心停機時間，包括用於結構化布線的額外價格溢價。在增加的成本壓力下，多模(Multi Mode, MM)的經常升級與行業需求背道而馳。

高速度/頻寬造成成本遽增

頻寬和技術挑戰一直被某些人稱為「即將到來的資料海嘯」。另一個重要挑戰就是成本的上升以及消費者的期望。無論如何，消費者都期待顯著的性能增加，而且只有很少甚至沒有成本增加。從圖片傳輸、視訊到高畫質(HD)視訊、到「在任何一台設備一切都可以隨選式提供」，客戶想要更多但卻不希望花更多的錢，這對供應商在降低成本方面帶來更大的壓力。

速度和頻寬正以更快的速度增加。業界已經部署10Gigabit Ethernet(GbE)，目前正在安裝40GbE系統；100GbE也已開始部署，一個由供應商組成的產業聯盟(CDFP MSA)也於今年3月時發布了400GbE MSA；此外，1,000G(Terabit)乙太網路也即將來臨。在短短幾年內，取代過時基礎設施並期待取得回報的傳統經濟模式正日益面臨壓力，而且需要創造性的方法來降低成本。

升級多模光纖是所費不貲的。頻寬的增加，往往需要新的結構化布線(OM2、OM3到OM4)。另外，每種電纜升級通常比前一種更昂貴。所以，這不僅須要更加頻繁地更換電纜，而且新電纜的價格也非常可觀。

矽光子LR PSM4優勢突顯

矽光子LR PSM4(並行單模四路)可解決需要更高頻寬、更長距離、低功耗和前瞻性等多種挑戰。建基於PSM4和長距離矽光子的產品提供以下七個主要優勢：

‧	傳輸距離拉長
	隨著傳輸距離在10Gbit/s高達4KM和在25Gbit/s達到2KM，它們能夠適應大多數甚至所有新的資料中心需求。
‧	功率免於飆升
	建基於矽光子的主動光纖纜線(Active Optical Cable, AOC)基本上使用了與建基於垂直共振腔表面放射雷射(VCSEL)產品相同的功耗，舉例來說10G QSFP+ AOC功耗低於1瓦(W)，而在25Gbit/s時低於1.5瓦。
‧	成本得以控制
	圖1 單模光纖電纜 成本大致與基於VCSEL的AOC相同，但由於是單模式，它們使用更便宜的單模光纖(Single Model, SM)電纜(圖1)做為傳輸媒介。由於建基於VCSEL的產品速度增加，因此需要更昂貴的光纖類型來進行有效傳輸；此外，在OM4後還會有什麼規格，而還有多久會須要使用到？都是潛在的成本。相較之下，採用SM矽光子AOC，光纖保持在廉價的單模式上，即使隨著資料速率增加仍然保持一致。
‧	前瞻性結構化布線
	在推動矽光子應用的市場，尤其在新設施中，這成為了越來越重要的因素。當速度繼續增加時，結構化布線對於持續升級光纖變得沒有那麼經濟可行。PSM4可適應10Gb乙太網路(4×10Gbit/s)、 40Gb乙太網路(合計4×10Gbit/s)、QDR Infiniband(4×10Gbit/s)、FDR Infiniband(4×14Gbit/s)、EDR Infiniband(4×25Gbit/s)、100Gb乙太網路(合計4×25Gbit/s)。
‧	絞編外掛程式選項易於安裝和升級
	PSM4 AOC解決方案可提供絞編型款。採用絞編方式，一端是傳統QSFP+主動側，另一端是MPO(Multi-Fibre Push On)或LC，這實現了快速連接至結構化布線(因此AOC側不必拉到很長距離)，而且當需要時能夠快速升級到新產品。如此一來，當4×28G zQSFP產品推出時，便可以立即連接至早已到位的結構化布線。從10GbE/40GbE升級到100GbE也可以立即完成，而無需昂貴的結構化布線升級和相關資料中心的停機時間。
‧	矽光子產品廣泛可用
	目前已有一個經驗證、可靠並具高成本效益的SiPh解決方案生態系統，能滿足單模式資料中心連接應用。SiPh已廣泛部署在PSM4 AOC中，而幾個新的市場進入者正在提供各種解決方案。
‧	SiPh設備提供超越25G的清晰技術路徑
	當速度增加時，VCSEL面臨著越來越多的設計挑戰。另一方面，採用建基於SiPh的系統，大多數調變方案具有可達到50G、100G及其以上明確且可理解的技術路徑。

高成本效益　滿足未來升級需求

以往，人們普遍認為，頻寬及距離設計挑戰僅限於高速銅纜連接；90年代中，過渡到光纖主要就是想解決這些問題。那時很少人預測到建基於傳統VCSEL的光纖將開始經歷某些和銅纜連接在10多年前所經歷的相同挑戰，而現在就是這個時候了。

單模式矽光子技術填補了由能夠處理更長距離和適應更高資料傳輸速度的雙重要求所產生的差距。對於許多用戶來說，該技術為中等距離(Medium Reach, MR)提供更低成本、更低功率選項，並為下一代資料傳輸速度提供前瞻性解決方案。隨著多家供應商提供和開發大量產品，如今已經可以部署PSM4和矽光子解決方案，來實現新的資料中心架構，而且仍可確保具有以高成本效益方式來滿足未來一代升級需求的能力。

(本文作者為Molex光纖事業部產品經理)