[논문 리뷰] Mission Apollo: Landing Optical Circuit Switching at Datacenter Scale

Ryohei Urata, Hong Liu외 12명|arXiv (Cornell University)|2022. 08. 22.

Advanced Photonic Communication Systems인용 수 24

한 줄 요약

이 논문은 데이터센터 네트워킹을 위한 세계 최초의 대규모 생산 배치인 Apollo를 제시하며, 하드웨어 설계, 순환체를 이용한 양방향 연결과 OCS와의 동시 설계로 대역폭, 규모 및 비용 목표를 달성하는 방법을 상세히 다룬다.

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.

연구 동기 및 목표

• 데이터센터 내부에서 광회로 스위칭의 활용을 촉진하기 위해 인프라 도전과제 및 사용 사례를 개요로 제시한다.
• 비용, 포트 수, 스위칭 속도, 광학 성능 측면에서 OCS 배치의 핵심 요건을 식별한다.
• 대상 지표를 달성하기 위한 3D MEMS 기반 OCS 및 지원 구성요소의 설계 및 구현 결정 사항을 설명한다.

제안 방법

• 데이터센터 규모에 적합한 3D MEMS 기반 광학 회로 스위치(OCS)를 개발한다.
• 순환기를 사용하여 OCS를 통한 양방향 링크를 구현하고 이를 통해 OCS 기수(래딕스)를 실질적으로 두 배로 늘립니다.
• WDM 트랜시버를 OCS 및 순환기 기반 링크와 함께 동시 설계하여 여러 세대/속도에 걸친 광 연결의 물리적 손상을 해결한다.
• 네트워크 대역폭, 규모 및 비용 목표에 대한 하드웨어 설계 선택과 그 영향력을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 생산 환경에서 데이터센터 규모로 광학 회로 스위칭을 어떻게 효과적으로 배치할 수 있는가?
• RQ2 OCS 기반 데이터센터 네트워크의 핵심 설계 트레이드오프(비용, 포트 수, 스위칭 시간, 광학 성능)는 무엇인가?
• RQ3 순환기가 양방향 링크를 어떻게 가능하게 하며 이것이 OCS radix와 전체 네트워크 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 다양한 세대에 걸친 OCS 및 순환기 기반 링크와의 WDM 트랜시버 동시 설계의 시사점은 무엇인가?

주요 결과

• Apollo는 데이터센터에서 OCSes의 세계 최초의 대규모 생산 배치를 대표한다.
• 순환기가 OCS를 통해 양방향 링크를 가능하게 하는 것은 더 큰 효과적 기수 및 네트워크 도달 범위를 달성하는 데 중요하다.
• OCS 및 순환기 기반 링크와 함께 WDM 트랜시버의 동시 설계는 광 연결의 세대에 걸친 물리적 손상을 해결하는 데 필수적이다.
• 하드웨어 설계 선택은 광학 인터커넥트의 네 가지 세대/속도에 걸친 네트워크 대역폭, 규모 및 비용 목표를 충족하도록 형성되었다.