NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS データセンター光トランシーバー技術ソリューション

NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS データセンター光トランシーバー テクニカル ソリューション |ラック間および施設間のリンクにわたる帯域幅と距離のバランスをとる

1. プロジェクトの背景と要件の分析

25G イーサネットがエンタープライズおよびハイパースケール データ センターのデフォルトのアクセス レイヤ速度としての地位を固めるにつれて、ネットワーク アーキテクトは繰り返し発生する物理レイヤ設計の課題に直面しています。それは、トランシーバ タイプの急増や在庫コストの高騰を伴うことなく、同じ列内の隣接するラック (5 ～ 15 メートル) から通路間のリンク (30 ～ 60 メートル)、さらには建物間のキャンパス接続 (最大 100 メートル) まで、さまざまな距離にわたって 25G 接続をプロビジョニングする方法です。信号の完全性が損なわれます。距離階層ごとに個別の光モジュールを選択する従来のアプローチ（たとえば、短距離の場合は SR、長距離の場合は LR）では、運用が複雑になり、誤ったプロビジョニングのリスクが増大します。この場合、短距離のモジュールが誤って長いリンクに配置され、予測不可能なビット誤り率（BER）が発生します。

この課題は、同時に発生する 3 つの業界トレンドによってさらに悪化します。まず、スイッチとサーバー NIC の両方で 25G SFP28 フォーム ファクタが広く採用されているため、大規模な設置ベースが形成されていますが、すべての SFP28 トランシーバがマルチモード ファイバ (MMF) で一貫したパフォーマンスを提供できるわけではありません。第 2 に、トランシーバーが最適化されていない場合、48 ポートまたは 64 ポートを備えた高密度スイッチは大量の電力を消費する可能性があるため、持続可能性の義務によりポートごとの消費電力の削減が推進されています。 3 番目に、運用チームは、監視を簡素化し、平均修復時間 (MTTR) を短縮するために、すべての光リンクにわたって均一な診断機能を必要とします。構造化された技術ソリューションが必要です。これは、距離計画、リンク バジェットの検証、プロアクティブな健全性管理のための明確なガイドラインを提供しながら、十分に特性が評価された単一の 25G SR トランシーバーを標準化するものです。

2.全体的なネットワーク/システムアーキテクチャの設計

提案されたアーキテクチャは、すべてのコンピューティング ノードとストレージ ノードのアクセス レイヤとして機能する 25G SFP28 ポートを備えた階層型スパイン/リーフ トポロジを採用しています。各 ToR (トップオブラック) リーフ スイッチは、通常 48 個の SFP28 ポートを備えており、25G リンクを介してサーバーに接続します。一方、複数の 100G または 400G アップリンクは、ポッド間およびデータセンター相互接続 (DCI) トラフィックのためにリーフ層をスパイン層に接続します。主要なアーキテクチャ原則は、スイッチとエンドポイント間の距離に関係なく、その距離が選択したモジュールの到達能力内にある限り、すべての 25G アクセス リンクにわたって一貫した光トランシーバ SKU を維持することです。

このアーキテクチャの場合、NVIDIA Mellanox MMA2P00-ASは、最大 100 メートルのすべてのアクセス レイヤ リンク用の唯一の 25G 光トランシーバとして選択されます。これMMA2P00-AS 25GBASE-SR MMF 850nmトランシーバーは二重マルチモード ファイバー (OM3 または OM4) 上で動作し、到達距離は OM3 では 70 メートル、OM4 では 100 メートルで、ラック内のパッチ コードから通路をまたぐ構造のケーブル配線、さらにはキャンパス内の短い建物間の接続に至るまで、データセンター内リンクの大部分をカバーします。単一のトランシーバー SKU を使用すると、アーキテクチャのドキュメントが簡素化されます。NVIDIA Mellanox MMA2P00-ASはMMA2P00-AS互換すべての NVIDIA Spectrum スイッチ、ConnectX アダプター、BlueField DPU、および SFF-8431 および SFF-8472 仕様に準拠するサードパーティの SFP28 ホストを使用します。

このアーキテクチャには、標準化されたファイバー プラント設計も組み込まれています。すべての 25G アクセス リンクは、両端の構造化ケーブル パネルで終端されたデュプレックス LC コネクタを備えた OM4 MMF を使用します。この設計により、任意のサーバー ポートが 100 メートルの到達限界内で任意のスイッチ ポートに相互接続できるようになり、容量の再バランスとハードウェアのリフレッシュ サイクルに最大限の柔軟性が提供されます。設計ガイドでは、MMA2P00-ASの仕様曲げ半径（動的最小 30 mm）、コネクタの清浄度（IEC 61300-3-35 に準拠）、挿入損失バジェット（コネクタとスプライスを含むリンク全体で合計最大 2.5 dB）。

3. ソリューションにおける NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS の役割と主な機能

このアーキテクチャ内では、MMA2P00-AS 25G SFP28 光トランシーバースイッチ/アダプターの電気ドメインと光ファイバーインフラストラクチャーを橋渡しする標準化された光インターフェースとして機能します。その主要な技術的特徴は、単一 SKU 戦略の成功に不可欠です。

• IEEE 802.3by 25GBASE-SR 準拠:あらゆる標準 25G イーサネット ポートとの相互運用性を確保し、ベンダー固有の認定サイクルを排除します。
• 850nm VCSEL トランスミッター:低い相対強度雑音 (RIN) で信頼性の高い光出力パワー (-4 ～ +4 dBm) を提供し、マルチモード ファイバー上でクリーンなアイ ダイアグラムをサポートします。
• 高感度PINレシーバー:25.78 Gbps での標準感度は -8.5 dBm、コネクタの損失と経年劣化を考慮して、100 メートルの OM4 で少なくとも 3.0 dB のリンク マージンを実現します。
• 電力効率:通常消費量は 1.5 W 未満で、熱バジェットを超過することなく高密度のポート構成が可能です。
• 統合デジタル診断モニタリング (DDM):標準 I²C インターフェイスを介した Tx 電力、Rx 電力、温度、電圧、バイアス電流のリアルタイム レポートにより、プロアクティブな障害検出が可能になります。
• 広い動作温度範囲:ケース温度は 0°C ～ 70°C で、周囲熱が上昇する高密度ラック環境でも信頼性の高い動作を保証します。

これらの機能は、次のドキュメントに包括的に記載されています。MMA2P00-AS データシートこれには、アイ ダイアグラム マスク、ジッター許容曲線、およびキャビネット レイアウト ツールに統合するための機械図面が含まれています。データシートには、各リンクの総挿入損失 (ファイバ減衰、コネクタ損失、接続損失を含む) がモジュールの光バジェット内に収まっていることを検証するために、アーキテクチャ計画段階で参照される詳細なリンク バジェット テーブルも提供されています。

4. 導入とスケーリングの推奨事項 (一般的なトポロジの説明付き)

初期導入では、距離階層を標準化されたケーブル配線タイプにマッピングし、すべての接続にわたって一貫したリンク マージンを確保する、構造化されたゾーニング アプローチをお勧めします。次の一般的なトポロジは、キャビネット間の距離が 5 ～ 25 メートルの範囲で、6 つのキャビネット全体で 48 台のサーバー (キャビネットあたり 8 台のサーバー) にサービスを提供する 48 ポート リーフ スイッチに使用されます。

• ゾーン A (ラック内、2 ～ 5 メートル):OM4 パッチ コードをリーフ スイッチ (同じキャビネット内) からサーバーに直接接続します。リンク マージンは 6 dB を超え、コネクタが中程度に劣化しても堅牢な動作を保証します。
• ゾーン B (隣接するキャビネット、8 ～ 15 メートル):中間パッチパネルを備えたオーバーヘッドファイバートレイを介した構造化されたケーブル配線。コネクタの合計数: リンクごとに 2 つの嵌合ペア。リンク マージン: 4 ～ 5 dB、モジュールの最小値 3.0 dB 内に十分収まります。
• ゾーン C (通路間 / 列間、20 ～ 50 メートル):工場で研磨されたコネクタを備えた終端処理済みの OM4 トランクは、上げ床の下に配線されています。リンク マージン: 3.0 ～ 4.0 dB、5 年間の経年劣化が最大 0.5 dB あったとしても依然として快適です。
• ゾーン D (キャンパス間の建物間、70 ～ 100 メートル):OM4 インフラストラクチャが存在する短キャンパス接続にのみ使用されます。 100 メートルでのリンク マージンは約 3.0 dB であるため、コネクタの入念なクリーニングと、規定に従って曲げ半径に準拠する必要があります。MMA2P00-ASの仕様。

単一ポッドを超えたスケーリングは、同じゾーニング原則に従い、複数のポッドからの 25G アクセス リンクを終端する中間集約スイッチが追加されます。なぜなら、MMA2P00-AS 25G SFP28 光トランシーバー ソリューション単一の SKU を使用するため、拡張には距離ごとのトランシーバー タイプの予測は必要ありません。すべてのリンクが同一にプロビジョニングされます。これにより、物流が簡素化され、運用チームはメンテナンス イベント中に迅速に交換できるよう、予備のトランシーバー (通常は配備されたユニットの 5%) の少量のバッファ在庫を維持できるようになります。

距離計画については、次の表に、ファイバーの種類とリンク バジェットに基づく最大到達距離のガイドラインを示します。

最大到達距離に近い距離で導入する場合は、試運転中に光源とパワー メーターを使用して光パワー測定を実行し、測定された損失と、測定された損失を比較することをお勧めします。MMA2P00-AS データシート。この検証ステップにより、リンクが運用環境に導入される前に、ケーブル配線の欠陥や汚染が確実に検出されます。

5. 運用とメンテナンス: 監視、トラブルシューティング、最適化

MMA2P00-AS ベースの光インフラストラクチャの運用ライフサイクルには、モジュールの DDM 機能を活用した、監視と障害管理に対する体系的なアプローチが必要です。標準の SFF-8472 MIB またはベンダー固有の拡張機能を使用して、I²C 管理インターフェイスを中央ネットワーク管理システム (NMS) に統合することをお勧めします。プロアクティブ アラート用に構成する主なしきい値は次のとおりです。

• 送信電力の低下:出力パワーが公称値から 2.0 dB を超えて低下した場合にアラートを発します。これは、レーザーの経年劣化または送信側のコネクタの汚れの可能性を示します。
• Rx 電力マージン:受信電力が -8.0 dBm (感度は -8.5 dBm) に近づくと警告し、過剰なリンク損失またはケーブルの損傷を示します。
• 温度の変動:ケース温度が 65°C を超えた場合は、エアフローの障害、ファンの故障、または周囲温度の上昇が示唆される場合に警告します。
• バイアス電流ドリフト:時間の経過に伴うレーザーバイアス電流の変化を監視します。公称値の 30% を超える継続的な増加は、レーザーの劣化を示している可能性があります。

リンクの劣化または障害が発生した場合は、構造化されたトラブルシューティング プロトコルに従う必要があります。

1. DDM 読み取り値を検証して、光パワーの異常を排除します。 Tx 値と Rx 値を、MMA2P00-ASの仕様。
2. 端面顕微鏡を使用して両端の QSFP/SFP28 コネクタを検査します。 IEC 61300-3-35 規格に従って汚染が検出された場合は洗浄します。
3. 正常なMMA2P00-ASトランシーバを使用してリンクをテストし、モジュールまたはファイバ・プラントに障害があるかどうかを確認します。
4. 問題が解決しない場合は、光タイムドメイン反射率計 (OTDR) テストを実行して、ファイバーの破損、過度の曲がり、または接続の失敗を特定します。

最適化の機会には、最小曲げ半径の遵守を確保し、ケーブルの束が圧縮されたり過剰な張力を受けたりしていないことを確認するための定期的なケーブル管理監査が含まれます。さらに、MMA2P00-AS 価格は他の認定 25G SR モジュールとの競争力があるため、迅速な交換を可能にして MTTR を最小限に抑えるために、予備のトランシーバを少量在庫しておく（展開されているユニット全体の約 5%）ことをお勧めします。大規模な導入の場合は、すべてのリンクにわたる DDM データを集約する自動化された光ヘルス ダッシュボードの実装を検討して、予知保全と容量計画を可能にします。

6. 概要と価値の評価

のNVIDIA Mellanox MMA2P00-ASベースの技術ソリューションは、25G データセンター アクセス ネットワーク全体で帯域幅と距離のバランスを取るための実用的でフィールドで検証された方法論を提供します。単一の IEEE 準拠 SFP28 SR トランシーバーを標準化することで、MMA2P00-AS 25G SFP28 光トランシーバー- このアーキテクチャにより、異なる距離階層の複数の SKU を管理する複雑さが解消され、スペアパーツの在庫が削減され、導入計画が簡素化されます。このモジュールの 850nm VCSEL テクノロジーは、高感度 PIN レシーバーと組み合わされて、最大 100 メートルの OM3 および OM4 MMF 上で信頼性の高いパフォーマンスを提供し、データセンター内およびキャンパス リンクの大部分をカバーします。

同等の導入環境から得られる主な価値指標には次のものがあります。

• 在庫削減:1 つのトランシーバー SKU で 2 つまたは 3 つの距離固有の部品番号が置き換えられ、物流コストが 40 ～ 50% 削減されます。
• 電力効率:MMA2P00-AS はモジュールあたり 1.5W 未満で、冷却コストの削減と PUE の向上に貢献します。
• 動作の信頼性:DDM 対応のプロアクティブなモニタリングにより、光層障害の MTTR が最大 60% 削減されます。
• コストの最適化:のMMA2P00-AS 価格は、他の認定 25G SR モジュールとの競争力があり、幅広い互換性により追加の認定コストが不要になります。

MMA2P00-AS は、ネットワーク アーキテクトやエンジニアリング リーダーに、温度変化や機械的ストレスに対して一貫したパフォーマンスを維持する「フィットアンドフォーゲット」光インターフェイスを提供します。このソリューションは、標準化された 25G アクセス ネットワークを計画しているグリーンフィールド データ センターや、既存のマルチモード ファイバー インフラストラクチャを再利用しながら 10G から 25G にアップグレードするブラウンフィールド環境に特に推奨されます。 25G イーサネットが AI、HPC、エンタープライズ ストレージ環境で注目を集め続ける中、MMA2P00-AS ベースのケーブル アーキテクチャは、現在の運用上の制約と長期的な容量ロードマップの両方に適合する堅牢でスケーラブルな基盤を提供します。

詳細な統合ガイドライン、熱シミュレーション データ、およびコンプライアンス認証パッケージについては、公式の製品ドキュメントを参照してください。