Blog

May 10, 2023

Missione Apollo: dietro la rivoluzione della commutazione dei circuiti ottici di Google

How Google saw the light, and overhauled its data centers Over the past few

Come Google ha visto la luce e ha rinnovato i suoi data center

Negli ultimi anni, Google ha silenziosamente rinnovato i suoi data center, sostituendo la sua infrastruttura di rete con un approccio interno radicale che è stato a lungo il sogno di chi fa parte della comunità delle reti.

Si chiama Mission Apollo e riguarda l'utilizzo della luce al posto degli elettroni e la sostituzione dei tradizionali interruttori di rete con interruttori a circuito ottico (OCS). Amin Vahdat, responsabile del team dell'infrastruttura dei sistemi e dei servizi di Google, ci ha spiegato perché questo è un grosso problema.

Questa funzionalità è apparsa nell'ultimo numero di DCD Magazine. Iscriviti gratuitamente oggi

La comunicazione tra data center rappresenta una sfida fondamentale, un'inefficienza dovuta al fatto che si trova a cavallo tra due mondi. L'elaborazione viene eseguita su dispositivi elettronici, quindi le informazioni a livello di server vengono conservate nel dominio elettrico. Ma spostare le informazioni è più semplice e veloce nel mondo della luce, grazie all’ottica.

Nelle topologie di rete tradizionali, i segnali saltano avanti e indietro tra elettrico e ottico. "È stato tutto un salto dopo l'altro, lo si riconverte all'elettronica, lo si spinge nuovamente all'ottica e così via, lasciando la maggior parte del lavoro nel dominio elettronico", ha detto Vahdat. "Questo è costoso, sia in termini di costi che di energia."

Con OCS, l'azienda "lascia i dati nel dominio ottico il più a lungo possibile", utilizzando minuscoli specchi per reindirizzare i raggi di luce da un punto sorgente e inviarli direttamente alla porta di destinazione come connessione incrociata ottica.

"Fare questo lavoro riduce la latenza della comunicazione, perché ora non è necessario rimbalzare così tanto nel data center", ha detto Vahdat. "Elimina le fasi di commutazione elettrica: questa sarebbe la spina dorsale dei data center della maggior parte delle persone, incluso il nostro in precedenza."

La tradizionale architettura "Clos" presente in altri data center si basa su una spina dorsale realizzata con interruttori di pacchetto elettronici (EPS), costruiti attorno al silicio di aziende come Broadcom e Marvell, che è collegata a "foglie" o interruttori top-of-rack.

I sistemi EPS sono costosi, consumano molta energia e richiedono un'elaborazione per pacchetto con una latenza elevata quando i segnali sono in formato elettronico, prima di riconvertirli in forma leggera per la successiva trasmissione.

L'OCS ha bisogno di meno energia, dice Vahdal: "Con questi sistemi, essenzialmente l'unica energia consumata da questi dispositivi è quella necessaria per mantenere gli specchi in posizione. Che è una quantità minima, poiché si tratta di specchi minuscoli."

La luce entra nell'interruttore del Progetto Apollo attraverso un fascio di fibre e viene riflessa da più wafer di silicio, ciascuno dei quali contiene una piccola serie di specchi. Questi specchi sono sistemi microelettromeccanici (MEMS) 3D che possono essere riallineati individualmente rapidamente in modo che ogni segnale luminoso possa essere immediatamente reindirizzato a una fibra diversa nel fascio di uscita.

Ogni schiera contiene 176 minuscoli specchi, anche se solo 136 vengono utilizzati per ragioni di resa. "Questi specchi, sono tutti personalizzati, sono tutti un po' diversi. E quindi ciò che significa è che tra tutti i possibili ingressi e uscite, la combinazione è 136 al quadrato", ha detto.

Ciò significa 18.496 possibili combinazioni tra due pacchetti mirror.

Il consumo energetico massimo dell'intero sistema è di 108 W (e di solito ne utilizza molto meno), che è ben al di sotto di quanto può raggiungere un EPS simile, pari a circa 3.000 watt.

Negli ultimi anni, Google ha implementato migliaia di questi sistemi OCS. L'attuale generazione, Palomar, "è ampiamente utilizzata in tutte le nostre infrastrutture", ha affermato Vahdat.

Google ritiene che questo sia il più grande utilizzo di OCS al mondo, con un ampio margine. "Ci lavoriamo da un po'", dice Vahdat.

Lo sviluppo del sistema complessivo ha richiesto una serie di componenti personalizzati, nonché apparecchiature di produzione personalizzate.

Produrre Palomar OCS significava sviluppare tester personalizzati, stazioni di allineamento e assemblaggio per gli specchi MEMS, i collimatori in fibra, il nucleo ottico e i suoi componenti costitutivi e il prodotto OCS completo. È stato sviluppato uno strumento di allineamento personalizzato e automatizzato per posizionare ciascuna serie di lenti 2D verso il basso con una precisione inferiore al micron.