[論文レビュー] Mission Apollo: Landing Optical Circuit Switching at Datacenter Scale

Ryohei Urata, Hong Liu+12 more|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2022

Advanced Photonic Communication Systems被引用数 24

ひとこと要約

この論文はApolloを提示する。データセンターネットワーク向け光回路スイッチ（OCSes）を世界で初めて大規模に生産展開した事例を詳述し、ハードウェア設計、循環器を用いた双方向リンク、帯域幅・スケール・コスト目標を満たすためのWDMトランシーバとの共設計を解説する。

ABSTRACT

In this paper, we describe Apollo, to the best of our knowledge, the world's first large-scale production deployment of optical circuit switches (OCSes) for datacenter networking. We will first describe the infrastructure challenges and use cases that motivated optical switching inside datacenters. We then delve into the requirements of OCSes for datacenter applications: balancing cost, port count, switching time, and optical performance, which drive design choices and implementation details of our internally developed 3D MEMS-based OCS. To enable the Apollo optical switching layer, we employ circulators to realize bidirectional links through the OCS, effectively doubling the OCS radix. The OCS and circulator design choices were critical for meeting network bandwidth, scale, and cost targets. We review the critical co-design of WDM transceiver technology for these OCS plus circulator-based bidirectional links and their corresponding physical impairments, delivered over four generations/speeds of optical interconnect. Finally, we conclude with thoughts on future directions in hardware development and associated applications.

研究の動機と目的

• インフラの課題とユースケースを概説することで、データセンター内での光回路スイッチの利用を動機づける。
• コスト、ポート数、スイッチング時間、および光学性能の観点で、OCS展開の主要要件を特定する。
• ターゲット指標を達成するための3D MEMSベースのOCSと支援部品の設計・実装方針を説明する。

提案手法

• データセンター規模に適した3D MEMSベースの光回路スイッチ（OCS）を開発する。
• 循環器を用いてOCSを介した双方向リンクを実現し、実質的にOCSの radixを倍増させる。
• OCSと循環器ベースのリンクと共設計し、光インターコネクトの複数世代・速度にわたる物理的欠陥に対処する。
• ハードウェア設計の選択と、それらが帯域幅、規模、コスト目標に与える影響を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 生産環境においてデータセンター規模で光回路スイッチングをいかに効果的に展開できるか。
• RQ2 OCSベースのデータセンターネットワークにおける主要な設計トレードオフ（コスト、ポート数、スイッチング時間、光学性能）は何か。
• RQ3 循環器はどのように双方向リンクを可能にし、それがOCSのradixと全体的なネットワーク性能にどう影響するか。
• RQ4 複数世代にわたるOCSと循環器ベースのリンクとの共設計が、WDMトランシーバに与える影響は何か。

主な発見

• ApolloはデータセンターにおけるOCSの世界初の大規模生産展開を表している。
• 循環器を用いてOCSを介した双方向リンクを実現することは、より高い実効 radix とネットワーク到達を達成するうえで不可欠である。
• OCSと循環器ベースのリンクと共設計されたWDMトランシーバは、光インターコネクトの世代を超える物理的欠陥に対処するうえで不可欠である。
• ハードウェア設計の選択は、4世代/速度の光インターコネクトにわたるネットワーク帯域幅、規模、コスト目標を満たすように形作られた。