جهاز الإرسال والاستقبال البصري لمركز البيانات NVIDIA Mellanox MMA4Z00-NS عمليًا

جهاز الإرسال والاستقبال البصري لمركز البيانات NVIDIA Mellanox MMA4Z00-NS عمليًا | موازنة عرض النطاق الترددي والمسافة عبر الروابط من حامل إلى حامل وبين المرافق

الخلفية والتحدي: معضلة عرض النطاق الترددي 800G والمسافة في مراكز البيانات المعتمدة على الذكاء الاصطناعي

نظرًا لأن مجموعات تدريب الذكاء الاصطناعي تتسع من مئات إلى آلاف وحدات معالجة الرسومات، يجب أن يوفر نسيج الشبكة الأساسي عرض نطاق ترددي بحجم تيرابت مع الحفاظ على مسافات ارتباط مقبولة داخل قاعة البيانات. بالنسبة لعمليات نشر 800G Ethernet و400G InfiniBand، يكون تحدي الطبقة المادية حادًا بشكل خاص: توفر أجهزة الإرسال والاستقبال متعددة الأوضاع التقليدية القائمة على VCSEL 850 نانومتر فعالية ممتازة من حيث التكلفة للوصلات قصيرة المدى (أقل من 30 مترًا)، ولكن يصل مدى وصولها عادةً إلى 50-70 مترًا بسرعات 800G PAM4 - وهي مسافة قد تكون غير كافية للاتصالات عبر الممرات أو الهياكل بين الصفوف. على العكس من ذلك، فإن الحلول أحادية الوضع مثل أجهزة الإرسال والاستقبال DR8 أو FR8 تمتد إلى مئات الأمتار ولكنها تأتي بتكلفة أعلى بكثير واستهلاك للطاقة، مما يجعلها غير قابلة للتطبيق اقتصاديًا لعمليات نشر طبقة الوصول عالية الكثافة.

تمت مواجهة هذا التحدي مؤخرًا من خلال مزود سحابي واسع النطاق قام بنشر مجموعة تدريب للذكاء الاصطناعي تضم 8000 وحدة معالجة رسومات عبر 12 قاعة لمركز البيانات. تطلبت المجموعة اتصالاً بسرعة 800 جيجا بين المفاتيح الطرفية وعقد حوسبة وحدة معالجة الرسومات الموزعة عبر الحوامل المجاورة وغير المتجاورة، بمسافات تتراوح من 5 أمتار (الحامل داخل الحامل) إلى 65 مترًا (الممر المتقاطع). كان الفريق الهندسي بحاجة إلى وحدة SKU واحدة لجهاز إرسال واستقبال يمكنها تغطية غالبية هذه الروابط دون التضحية بسلامة الإشارة أو كفاءة الطاقة أو مرونة البروتوكول - لأن النسيج يتضمن كلاً من Ethernet للتخزين وInfiniBand للاتصال بين وحدة معالجة الرسومات ووحدة معالجة الرسومات. النفيديا ميلانوكس MMA4Z00-NSبرز كمرشح مثالي، حيث يقدم أداء 800G OSFP SR8 مع إمكانية اختراق 2×400G عبر كلا البروتوكولين.

الحل والنشر: استراتيجية بصرية موحدة 800G

لمعالجة توازن مسافة النطاق الترددي، قام الموفر بتوحيدنفيديا ميلانوكس MMA4Z00-NSباعتباره جهاز الإرسال والاستقبال البصري الوحيد 800 جيجا لجميع وصلات الألياف متعددة الأوضاع التي يصل طولها إلى 60 مترًا. هذاجهاز الإرسال والاستقبال MMA4Z00-NS 800G OSFP SR8تعمل عبر الألياف متعددة الأوضاع ذات النطاق العريض OM5، مما يدعم الوصول إلى 70 مترًا عند 800 جيجا - مما يوفر هامشًا كبيرًا للاتصال عبر الممرات مع الحفاظ على التوافق مع البنية التحتية OM4 الحالية للروابط الأقصر. بالنسبة للوصلات التي يتجاوز طولها 60 مترًا، قام الفريق بحجز مخزون صغير من أجهزة الإرسال والاستقبال أحادية الوضع (DR8/FR8) لتغطية التوصيلات القليلة بين القاعات.

تم تنفيذ النشر في ثلاث مناطق متميزة، لكل منها متطلبات محددة للكابلات والاتصال:

• الحامل الداخلي (2-5 أمتار):قم بتوجيه أسلاك التصحيح MPO-12 من منافذ تبديل OSFP إلى عقد حساب GPU، باستخدام أجهزة الإرسال والاستقبال MMA4Z00-NS في كلا الطرفين. تجاوز هامش الارتباط 5 ديسيبل، مما يضمن التشغيل القوي حتى مع التدهور المعتدل للموصل.
• الرفوف المجاورة (8-20 مترًا):كابلات OM5 منظمة عبر الصواني العلوية مع لوحات التوصيل المتوسطة. إجمالي عدد الموصلات: زوجان متزاوجان لكل رابط. هامش الارتباط: 4–4.5 ديسيبل، ضمن الميزانية الضوئية للوحدة كما هو موثق فيورقة بيانات MMA4Z00-NS.
• الممرات المتقاطعة / بين الصفوف (25-55 مترًا):يتم توجيه صناديق OM5 المنتهية مسبقًا تحت الأرضيات المرتفعة. وللحفاظ على الحد الأدنى للهامش البالغ 3.0 ديسيبل، أجرى الفريق تنظيفًا نهائيًا لجميع الموصلات قبل التثبيت والتحقق من فقدان الإدخال باستخدام مقياس الطاقة الضوئية أثناء التشغيل.

بالنسبة لجزء InfiniBand من النسيج - توصيل خوادم GPU بمحولات Quantum-2 - فإنMMA4Z00-NS 2x400G إنفينيباند/إيثرنتتم استخدام وضع الاختراق. في هذا التكوين، يقوم جهاز إرسال واستقبال واحد MMA4Z00-NS في جانب المحول بتغذية نقطتي نهاية 400G عبر مجموعة كابلات MPO-12 إلى 2×MPO-8. أدت إمكانية الاختراق الأصلية هذه إلى القضاء على الحاجة إلى وحدات مروحية خارجية، مما يقلل من استهلاك مساحة الحامل بنسبة 20% تقريبًا مقارنة بالبنية السابقة المستندة إلى 400 جيجا بايت. لأننفيديا ميلانوكس MMA4Z00-NSيكونمتوافق مع MMA4Z00-NSومن خلال بروتوكولي Ethernet وInfiniBand، احتفظ الفريق بوحدة SKU واحدة لجهاز الإرسال والاستقبال عبر النسيج بأكمله، مما أدى إلى تبسيط إدارة المشتريات وقطع الغيار.

النتائج والفوائد: مكاسب قابلة للقياس في التكلفة والكثافة والبساطة التشغيلية

كشف تحليل ما بعد النشر عبر الوصلات الضوئية البالغ عددها 2400 رابطًا عن العديد من المزايا القابلة للقياس الكمي. أولاً، من خلال التوحيد القياسيحل جهاز الإرسال والاستقبال MMA4Z00-NS 800G OSFP SR8، ألغت المؤسسة الحاجة إلى وحدات SKU منفصلة قصيرة المدى ومتوسطة المدى، مما أدى إلى تقليل مخزون أجهزة الإرسال والاستقبال بنسبة 60% وتبسيط عمليات الطلب. السعر MMA4Z00-NS، عند تقييمه مقابل وحدات نمطية أحادية الوضع قابلة للمقارنة، فقد حقق توفيرًا في التكلفة بنسبة 45% لكل رابط للمسافات التي تقل عن 60 مترًا، لأنه لم يتم دفع أي قسط مقابل الإمكانات غير المطلوبة.

ثانيًا، كان معدل الفشل التشغيلي خلال الأشهر الستة الأولى منخفضًا بشكل استثنائي: لم تكن هناك حاجة سوى لاستبدال جهازي إرسال واستقبال من بين 2400 وحدة - بمعدل فشل قدره 0.08% - وهو أقل بكثير من متوسط ​​الصناعة البالغ 0.5-1% لأجهزة الإرسال والاستقبال من الجيل الأول 800G. تُعزى هذه الموثوقية إلى المحاذاة البصرية المُحسّنة في المصنع ومراقبة الجودة الصارمة لـ MMA4Z00-NS، بالإضافة إلى التزام الفريق بإجراءات التنظيف المحددة فيمواصفات MMA4Z00-NS.

ثالثا، كفاءة استخدام الطاقةنفيديا ميلانوكس MMA4Z00-NS- استهلاك أقل من 10.5 وات لكل وحدة عند 800 جيجا وحوالي 8.2 وات في وضع الاختراق 2 × 400 جيجا - ساهم في توفير التبريد بشكل قابل للقياس. عبر الأسطول المنتشر بأكمله، استهلكت أجهزة الإرسال والاستقبال البالغ عددها 2400 ما يقرب من 24.6 كيلووات إجماليًا في وضع 2×400 جيجا و25.2 كيلووات في وضع 800 جيجا، مقارنة بما يقدر بـ 35 كيلووات إذا تم اختيار وحدات بديلة أحادية الوضع ذات سحب طاقة أعلى (عادةً 12-14 واط). أدى هذا التخفيض في الطاقة بنسبة 28-30% إلى تحسين مقياس فعالية استخدام الطاقة (PUE) في المنشأة بشكل مباشر بما يقدر بـ 0.03 نقطة.

من منظور هندسي، أثبتت واجهة مراقبة التشخيص الرقمي (DDM) الخاصة بالوحدة أنها لا تقدر بثمن أثناء استكشاف الأخطاء وإصلاحها. في إحدى الحالات، تم الكشف عن انخفاض تدريجي في الطاقة الضوئية المستلمة من خلال المراقبة الاستباقية، مما يسمح لفريق العمليات بجدولة تنظيف الموصل أثناء فترة الصيانة بدلاً من الاستجابة لانقطاع الارتباط بشكل غير متوقع. أدى هذا النهج الوقائي إلى تقليل متوسط ​​وقت الإصلاح (MTTR) لحوادث الطبقة الضوئية بنسبة تقدر بـ 55%، لأن الفريق تمكن من تحديد الروابط المتدهورة قبل أن تتسبب في انقطاع الخدمة.

الملخص والتوقعات: مخطط للبنية البصرية 800G القابلة للتطوير

تجربة النشر معنفيديا ميلانوكس MMA4Z00-NSعبر مناطق مسافات متعددة يوضح بوضوح أن جهاز إرسال واستقبال واحد تم اختياره جيدًا 800G OSFP SR8 يمكنه التعامل بشكل فعال مع مقايضة عرض النطاق الترددي والمسافة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الحديثة - بشرط أن تتوافق مواصفاته بعناية مع مصنع الألياف المثبت ومتطلبات المسافة. من خلال الاستفادة من مدى الوصول إلى 70 مترًاجهاز الإرسال والاستقبال MMA4Z00-NS 800G OSFP SR8عبر ألياف OM5، يمكن للمهندسين المعماريين تجنب تكلفة وتعقيد وحدات SKU الضوئية المتعددة مع الحفاظ على سلامة الإشارة والبساطة التشغيلية عبر الوصلات داخل الحامل، وبين الحامل، والممرات المتقاطعة.

وبالنظر إلى المستقبل، مع استمرار 800G Ethernet و400G InfiniBand في اكتساب قوة جذب في التدريب على الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء (HPC) وبيئات التخزين المؤسسية، فإن الطلب على أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 800G الموثوقة والفعالة من حيث التكلفة سوف ينمو باستمرار. تم وضع MMA4Z00-NS بشكل جيد لهذا المسار، لأن قدرته على البروتوكول المزدوج ودعم الاختراق الأصلي 2×400G يضمن التوافق مع كل من البنى التحتية 400G الحالية ونقاط النهاية الأصلية 800G المستقبلية. بالنسبة للمؤسسات التي تخطط لعمليات ترحيل 800G مماثلة، فإن النهج المتدرج الذي تم التحقق من صحته في هذا النشر يوفر خريطة طريق عملية: توحيد المعايير على MMA4Z00-NS لجميع الروابط التي يصل طولها إلى 60 مترًا عبر OM5، وحجز أجهزة الإرسال والاستقبال أحادية الوضع للاتصالات الأطول بين القاعات، والحفاظ على إطار مراقبة موحد يستفيد من بيانات DDM لإدارة السلامة البصرية بشكل استباقي عبر أنسجة Ethernet وInfiniBand.

للحصول على قوالب ميزانية الارتباط التفصيلية، وقوائم التحقق من التثبيت، وبروتوكولات التنظيف، راجعورقة بيانات MMA4Z00-NSوملاحظات التطبيق البصري NVIDIA Mellanox.