10G 銅線 SFP トランシーバーはより少ない電力を必要とします

 

 

 

誰も語らないチップの進化

 

2018 年以来、これらのモジュールを何百もデプロイしてきましたが、消費電力の違いはスペックシートの改善だけではありません。-文字通りそれを感じることができます。コロケーション施設に設置した第 1 世代モジュールは非常に高温で動作したため、運用チームからコールドアイルの周囲温度が急上昇するという苦情が寄せられました。-隣接する SFP+ ポートに装着できませんでした。期間。

転機は、Broadcom の BCM84891 リリースで起こりました。このチップにより、消費電力は 30 メートルで約 1.6 W、80 メートル走行では 2.0 W にまで下がりました。-比較のために、古い Marvell 88X3310 (非 P バリアント) は依然として標準 3.3 W 程度にとどまります。新しい Marvell 88X3310P はその値を大幅に下げましたが、2023 年のほとんどを通じて入手可能性にばらつきがありました。

ここで重要なのは、データシート上のワット数の数字だけではありません。 10gの銅が消費する各ワット数SFPトランシーバーこれは、約 2 ワットの追加の冷却負荷に相当します。これを 48- ポートの ToR スイッチ全体で乗算し、数百のラックにわたって拡張すると、OPEX の差はかなり大きくなります。

 

現実世界の導入: 計算が崩れたとき

 

ここで、ベンダーのドキュメントには記載されていないことを認めます。サブ 2.5W モジュールを使用しても、ほとんどの商用スイッチではすべての SFP+ ポートに銅線トランシーバーを完全に実装することはできません。熱予算がそれを許しません。 Cisco Nexus 9000 シリーズ スイッチでは、テクニカル サポートが、使用されているポート間にギャップを残すことを明示的に推奨しているのを見たことがあります。特定の 7050 モデルに関する Arista のドキュメントでは、同様の制約が示唆されています。

IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet への準拠はある程度役に立ちます。これらのモジュールはアイドル期間中に電力を抑制し、現実的には一般的なエンタープライズ ネットワークの動作時間の約 60-70% をカバーします。ただし、バースト トラフィック シナリオ-のバックアップ ウィンドウ、VM の移行、ストレージ レプリケーション ジョブなどは、依然としてモジュールを完全に描画するまでプッシュします。

 

 

レイテンシ: 隠れたトレードオフ-

 

電力効率には代償が伴いますが、購入の際にそれが考慮されることはほとんどありません。 10g 銅線 SFP トランシーバーでは、IEEE 802.3an エンコードのオーバーヘッドにより、ホップごとに約 2.6μs の遅延が発生します。 850nmの光SFP+モジュール? 0.1μs程度。パッシブ DAC Twinax ケーブルでも 0.3μs でクロックインします。

ほとんどのエンタープライズ ワークロードについては、誰も気にしません。しかし、私が 2 つの高周波取引会社に相談したところ、3 つまたは 4 つの 10GBASE- ホップにまたがるレイテンシが累積したため、銅はまったく不適格でした。-導入から 1 か月以内に銅線モジュールをすべて撤去しました。

ユースケースが異なれば、答えも異なります。それがネットワーク エンジニアリングの面白くない現実です。

 

PHY チップの比較: 実際に電力消費を引き起こす要因

 

異なる 10g 銅線 SFP トランシーバー ブランド間の消費電力の差異は、ほぼ完全に PHY チップの選択とプロセス ノードに起因します。私が実施したテストと信頼できるベンダーのデータに基づいた簡単な内訳は次のとおりです。

Broadcom BCM84891L は、30 メートルで最も低い消費電力で動作し、-通常は 30 メートルで 1.5 W で動作し、より長い動作に合わせてスケールアップします。トレードオフとして、以前のファームウェア リビジョンでは最大距離が 30m でしたが、現在は 80m 対応のバージョンが存在しています。- Marvell AQR113C は約 2.0 ～ 2.5W に達しますが、より幅広いホスト デバイス間で優れた互換性を提供します。古い Realtek RTL8261BE はその中間に位置しますが、北米市場でそのチップセットを使用しているモジュールはほとんど見たことがありません。

プロセスノードは非常に重要です。 40nm から 28nm PHY 設計へのジャンプにより、消費電力は約 40% 減少しました。マーベルの 16nm の最新設計はそれをさらに推し進めますが、これらのチップを使用するモジュールは大幅な価格割増になります。

 

ケーブルの品質と距離: ベンダーが過小評価している変数

 

モジュールの消費電力は静的なものではなく、{0}}ケーブルの長さとケーブルの品質に応じて変化します。 10 メートルの高級 Cat7 シールド ケーブルで接続された 10g 銅線 SFP トランシーバは、25 メートルの平凡な Cat6a ケーブルで接続された同じモジュールよりも消費電力が大幅に少なくなります。

PHY チップは、より長い配線やノイズの多いケーブル上で信号の整合性を維持するために、より強力に機能します。エラー訂正アルゴリズムは処理サイクルを消費します。処理サイクルは電力を消費します。単純な関係ですが、調達チームがトランシーバーの購入と同時にケーブル配線を指定する際に一貫して無視する関係です。

純粋にケーブル配線の選択に基づいて、同一のモジュール間で 0.3W ～ 0.4W の違いを測定しました。デプロイメント全体で 500 個のポートを設定するまでは、大したことのようには思えません。

 

温度範囲と工業用バリエーション

 

標準的な商用 10GBASE-T モジュールの仕様動作範囲は 0 度から 70 度です。産業用のバリエーションでは、この温度が -40 度から 85 度に上昇します。これは、通信小屋、屋外エンクロージャ、製造現場での展開にとって重要です。産業用モジュールのコストは{10}通常 30～40% 高くなりますが、消費電力プロファイルは同等のままです。

変わるのは起動時の動作です。極度の低温でのコールド スタート シナリオでは、PHY チップが安定するときに一時的な電力スパイクが発生する可能性があります。最新のモジュールには、これを適切に処理する熱管理ファームウェアが含まれていますが、古い産業用ストックでは、寒い環境での初期ウォームアップ中にリンクのフラッピングが発生する可能性があります。

 

 

マルチレートの自動ネゴシエーションと電力への影響{0}{1}

 

最新の 10g 銅線 SFP トランシーバ モジュールは、単一の RJ45 接続でマルチ-レート動作-10G/5G/2.5G/1G 自動{10}}をサポートします。 IEEE 802.3bz 標準は中間速度を成文化しており、最新世代のモジュールのほとんどが準拠しています。-電力の観点から重要なことは次のとおりです。2.5GBASE-T または NBASE-T モードに落とすと、10GBASE-T の完全な動作と比較して消費電力が約 15～20% 削減されます。

一部の展開ではこれを意図的に利用しています。昨年私が一緒に仕事をしたストレージ管理者は、NAS リンクを 10G ではなく 5G で構成していました。-実際のスループット要件は持続的に 4Gbps を超えることはなく、24 個のモジュール全体で合計約 8W の省電力効果がありました。革新的なものではありませんが、PDU 容量に制約のある小規模な施設にとっては意味があります。

準拠モジュールに組み込まれた SFF-8472 デ​​ジタル診断モニタリングにより、温度や信号品質とともに消費電力をリアルタイムで追跡できます。それをサポートするスイッチで有効にする価値があります。

 

1.1W の異常値: SWaP- に制約のあるアプリケーション

 

あるメーカーの -BotBlox- は、ドローン、ロボット工学、海底アプリケーション向けに特別に設計された 1.1W 10GBASE-T SFP モジュールを主張しています。このような環境ではサイズ、重量、電力 (SWaP) の制約があるため、標準の 2.5W モジュールは実用的ではありません。これらのユニットを個人的にテストしていないため、実際のパフォーマンスを保証することはできませんが、次のチップ プロセスの縮小を待つのではなく、内部回路を完全に再設計するというアプローチは理にかなっています。-

これらはデータセンターの導入に代わるものではありません。しかし、彼らは、2-2.5W のフロアは基本的な物理的な限界ではなく、主流市場にとって経済的な最適化ポイントであることを示しています。

 

銅がまだ負けているとき

 

電力が向上したにもかかわらず、10g 銅線 SFP トランシーバーは依然としていくつかのシナリオには不適切です。建物内の垂直ライザーの用途では、ケーブル長の制約と EMI の考慮事項により、ファイバーが優先されます。{2}} 100 メートルを超えるキャンパス バックボーン リンクは-明らかにファイバー領域です。ホップあたり 1μs 未満の遅延を必要とする展開。

また、このモジュールは 10G- 光学系と同等の価格を達成したことはありません。高品質の 10GBASE-T トランシーバーは、同等の 850nm SFP+ モジュールの約 6{11}}8 倍のコストで動作します。コストの方程式は、既存の Cat6a/Cat7 インフラストラクチャがポートごとのプレミアムを相殺する場合、または RJ45 エンドポイント接続が要件を推進する場合にのみ意味を持ちます。

 

 

将来の方向性: 25GBASE-T と電力スケーリング

 

業界は 25GBASE-T に向けて推進しており、初期の兆候では、第 1 世代モジュールの消費電力は 3W から 5W の間になることが示唆されています。-歴史によれば、チップ設計が成熟するにつれて、この数字は 3 ～ 4 年以内に大幅に減少するでしょう。

現時点では、2.5W 未満の 10GBASE-T は、中密度の導入に十分な電力効率、既存のケーブル インフラストラクチャとの幅広い互換性、サプライ チェーンの混乱がほぼ安定している十分に成熟したシリコンを備えた実用的なスイート スポットを表しています。-

モジュールは完璧ではありません。決してそうなることはありません。しかし、2018 年以降の電力効率の向上により、銅線が確立されている環境におけるラック内および隣接するラック接続の「臨時のエッジケース ソリューション」から「正当な第一選択オプション」へと移行しました。-

たとえ技術的な議論がそれにふさわしい注目を集めることがほとんどなかったとしても、これは意味のある変化です。