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May 10, 2023

미션 아폴로(Mission Apollo): Google의 광회선 스위칭 혁명 뒤에

Google이 빛을 본 방법과 데이터 센터를 점검한 방법 지난 몇 년간

Google이 빛을 보고 데이터 센터를 점검한 방법

지난 몇 년 동안 Google은 네트워킹 커뮤니티의 오랜 꿈이었던 네트워킹 인프라를 급진적인 사내 접근 방식으로 교체하면서 조용히 데이터 센터를 점검해 왔습니다.

미션 아폴로(Mission Apollo)라고 불리는 이 프로젝트는 전자 대신 빛을 사용하고 기존 네트워크 스위치를 광회로 스위치(OCS)로 교체하는 것에 관한 것입니다. Google의 시스템 및 서비스 인프라 팀 책임자인 Amin Vahdat는 이것이 왜 그렇게 중요한 일인지 설명했습니다.

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데이터 센터 통신에는 근본적인 문제가 있습니다. 두 세계에 걸쳐 있다는 사실로 인해 발생하는 비효율성입니다. 처리는 전자 장치에서 수행되므로 서버 수준의 정보는 전기 도메인에 보관됩니다. 그러나 빛의 세계에서는 광학을 사용하여 정보를 이동하는 것이 더 빠르고 쉽습니다.

기존 네트워크 토폴로지에서는 신호가 전기와 광학 사이를 오가며 이동합니다. Vahdat는 "모든 것이 순조롭게 진행되어 전자공학으로 다시 전환되고 광학계로 다시 밀려나는 식으로 대부분의 작업은 전자 영역에 남겨졌습니다"라고 Vahdat는 말했습니다. "이것은 비용과 에너지 측면에서 비용이 많이 듭니다."

OCS를 통해 회사는 작은 거울을 사용하여 소스 지점에서 광선의 방향을 바꾸고 광학 교차 연결을 통해 대상 포트로 직접 보내는 방식으로 "가능한 한 오랫동안 광학 영역에 데이터를 남겨 둡니다".

Vahdat는 "이제 이 작업을 수행하면 데이터 센터를 거의 많이 돌아다닐 필요가 없기 때문에 통신 대기 시간이 줄어듭니다."라고 말했습니다. "이것은 전기 스위칭 단계를 제거합니다. 이는 이전 데이터 센터를 포함하여 대부분의 사람들의 데이터 센터의 핵심이 될 것입니다."

다른 데이터 센터에서 볼 수 있는 전통적인 'Clos' 아키텍처는 Broadcom 및 Marvell과 같은 회사의 실리콘을 중심으로 구축된 전자 패킷 스위치(EPS)로 제작되고 '리프' 또는 랙 상단형 스위치에 연결된 스파인을 사용합니다.

EPS 시스템은 비용이 많이 들고 상당한 양의 전력을 소비하며 신호가 전자 형식일 때 이후 전송을 위해 신호를 가벼운 형식으로 다시 변환하기 전에 대기 시간이 많은 패킷당 처리가 필요합니다.

OCS는 더 적은 전력을 필요로 한다고 Vahdal은 말합니다. "이러한 시스템을 사용하면 본질적으로 이러한 장치가 소비하는 유일한 전력은 미러를 제자리에 고정하는 데 필요한 전력입니다. 이는 작은 미러이기 때문에 적은 양입니다."

빛은 섬유 다발을 통해 프로젝트 아폴로 스위치에 들어오고 각각 작은 거울 배열이 포함된 여러 실리콘 웨이퍼에 의해 반사됩니다. 이러한 미러는 3D MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)로, 개별적으로 빠르게 재정렬되어 각 광 신호를 출력 번들의 다른 광섬유로 즉시 리디렉션할 수 있습니다.

각 어레이에는 176개의 아주 작은 거울이 포함되어 있지만 생산량 문제로 인해 136개만 사용됩니다. "이 거울은 모두 맞춤형이며 조금씩 다릅니다. 따라서 이것이 의미하는 것은 가능한 모든 인아웃에 걸쳐 그 조합은 136제곱입니다."라고 그는 말했습니다.

이는 두 개의 미러 패키지 간에 18,496개의 가능한 조합이 가능하다는 것을 의미합니다.

전체 시스템의 최대 전력 소비는 108W(일반적으로 훨씬 적은 전력을 사용함)로, 이는 유사한 EPS가 달성할 수 있는 약 3,000와트보다 훨씬 낮습니다.

지난 몇 년 동안 Google은 수천 개의 OCS 시스템을 배포했습니다. Vahdat는 현재 세대인 Palomar가 "우리의 모든 인프라에 널리 배포되어 있습니다"라고 말했습니다.

Google은 이것이 여유 있게 OCS를 세계에서 가장 많이 사용하는 것이라고 믿습니다. "우리는 한동안 이 일을 해왔습니다"라고 Vahdat는 말합니다.

전체 시스템을 개발하려면 맞춤형 제조 장비뿐만 아니라 다양한 맞춤형 구성 요소가 필요했습니다.

Palomar OCS를 생산한다는 것은 MEMS 미러, 광섬유 콜리메이터, 광학 코어 및 해당 구성 요소, 전체 OCS 제품을 위한 맞춤형 테스터, 정렬 및 조립 스테이션을 개발하는 것을 의미했습니다. 각 2D 렌즈 어레이를 마이크론 미만의 정확도로 배치하기 위해 맞춤형 자동 정렬 도구가 개발되었습니다.