數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)具有上百億美元的市場(chǎng)規(guī)模，并且不斷增長(zhǎng)。而硅光子學(xué)是滿足這個(gè)市場(chǎng)潛力的關(guān)鍵因素，相信在未來10年中，互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算能力和傳輸能力得到上千倍的增長(zhǎng)。
在當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)世界中，人們每隔60秒發(fā)送約1.68億封電子郵件，1100萬條短信，9.8萬條微博和69.5萬個(gè)Facebook更新。除了人類創(chuàng)造的數(shù)據(jù)以外，還有機(jī)器對(duì)機(jī)器通信活動(dòng)，2017年的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將產(chǎn)生3.9艾字節(jié)(EB)的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)爆炸
在這所有的互聯(lián)網(wǎng)活動(dòng)中，每一分鐘都將創(chuàng)造超過1820TB的新數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在世界各地的數(shù)據(jù)中心之間被存儲(chǔ)、處理，以及共享。而沒有數(shù)據(jù)中心，根本就不會(huì)有云計(jì)算。
在過去的10年中，互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模已經(jīng)增長(zhǎng)了100倍。為了適應(yīng)這一快速增長(zhǎng)，人們不得不增加數(shù)據(jù)中心的計(jì)算能力，并提高了1000倍的計(jì)算量。在未來10年內(nèi)，為滿足未來互聯(lián)網(wǎng)的需求，人們將需要增加同樣的容量。目前，沒有人真正知道今后的互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)展成什么樣子。
如今，運(yùn)營(yíng)商正在考慮如何實(shí)現(xiàn) 大規(guī)模 和 大型數(shù)據(jù)中心 ，提供人們所需要的計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸能力。大型數(shù)據(jù)中心將更多地使用軟件定義的基礎(chǔ)設(shè)施，并利用開放式架構(gòu)軟件和硬件的優(yōu)勢(shì)。
但業(yè)內(nèi)對(duì)當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)是否能夠提供人們所需要的能力的可行性表示嚴(yán)重關(guān)切。而亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司副總裁兼杰出工程師詹姆斯 漢密爾頓表示，未來的數(shù)據(jù)中心面臨 紅色警報(bào) 。
網(wǎng)絡(luò)：一場(chǎng)完美風(fēng)暴
其實(shí)可以將數(shù)據(jù)中心簡(jiǎn)化成兩個(gè)組成部分：一是服務(wù)器(計(jì)算功能)，它執(zhí)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)功能;二是網(wǎng)絡(luò)，用于連接一個(gè)大型數(shù)據(jù)中心的大量的服務(wù)器(通常為10萬臺(tái)以上)。
如今，摩爾定律仍然有效。在微處理器制造商的芯片中，晶體管數(shù)量每?jī)赡攴环?。而其芯片成本降低的好處將傳?dǎo)到服務(wù)器方面，在更低成本的情況下，獲得更高性能的機(jī)器和更多的存儲(chǔ)能力，這有助于推動(dòng)云計(jì)算的增長(zhǎng)。
不幸的是，相對(duì)于計(jì)算功能來說，摩爾定律的好處不能完全適用于數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)部分。例如，數(shù)據(jù)吞吐量，這是網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要指標(biāo)，是由晶體管的速度決定的。而在芯片上增加越來越多的物理管腳，以及采用新的光纖傳輸技術(shù)，在這兩個(gè)方面，摩爾定律卻愛莫能助。
雖然芯片越來越便宜，而網(wǎng)絡(luò)成本卻在上升，而這種情況加劇了服務(wù)器的數(shù)量增長(zhǎng)。因此，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在更加專注于網(wǎng)絡(luò)組件技術(shù)的研究。
這個(gè)問題的很大一部分來源于規(guī)模較小基數(shù)較小基本的網(wǎng)絡(luò)單元：電氣CMOS交換機(jī)芯片。大型數(shù)據(jù)中心擁有超過10萬臺(tái)服務(wù)器，必須允許每一臺(tái)服務(wù)器具備通信連接，這需要一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)，而這個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過一系列CMOS交換機(jī)芯片進(jìn)行連接，卻被限制在每24個(gè)或32個(gè)互連端口上。
由于這些CMOS交換機(jī)芯片端口數(shù)的限制，數(shù)據(jù)中心的廣大網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)和互連服務(wù)，僅僅作為一種不可思議的像蜘蛛網(wǎng)一樣的網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)連接之間的中介物。這些網(wǎng)絡(luò)的交換節(jié)點(diǎn)和它們之間的聯(lián)系取決于更小尺寸的CMOS交換機(jī)芯片。
基本交換機(jī)元件的基數(shù)對(duì)指定大小的數(shù)據(jù)中心所需的交換節(jié)點(diǎn)總數(shù)有直接影響。基數(shù)的大小決定了各個(gè)交換機(jī)和數(shù)據(jù)中心的整體構(gòu)造(成本和功率要求)，它限制了可擴(kuò)展性的成本和復(fù)雜的基礎(chǔ)。連接大量的服務(wù)器現(xiàn)在需要一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。并且，更糟的是，其所需的中間交換節(jié)點(diǎn)和互連的增長(zhǎng)數(shù)量是服務(wù)器數(shù)量的數(shù)倍。
不斷上升的數(shù)據(jù)中心成本和功耗的限制已經(jīng)很好地證明了限制因素的問題嚴(yán)重。其限制因素就是數(shù)據(jù)中心的基本可擴(kuò)展性，但是，只有質(zhì)疑現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)能力，才有可能構(gòu)建適應(yīng)未來需要的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。
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