Opções de baixa latência para interconexão de data centers

Apr 18, 2024

Você não pode superar a velocidade da luz, mas o design de rede óptica correto e a seleção de componentes o deixarão bem perto

Na corrida para reduzir microssegundos e nanossegundos das transações, os traders de alta frequência e outros desenvolvedores que criam aplicações que exigem baixa latência estão aprimorando a tecnologia para se aproximarem da velocidade da luz. Latência é um termo usado por especialistas em redes e traders de alta frequência para definir atrasos que ocorrem na transmissão de dados e é fundamental para o sucesso de plataformas de negociação de alta frequência, empresas e aplicações científicas.

Nos últimos anos, os tecnólogos reduziram a latência por meio de uma variedade de melhorias. Estes incluem: Ciclos e velocidades da CPU no dispositivo de computação; velocidade de entrada-saída dos dispositivos; largura de banda da rede; velocidade das funções do sistema operacional; e velocidade de computação do software. Outro componente chave é a latência induzida pela rede de fibra óptica pela qual os dados trafegam.

A restrição fundamental numa rede de fibra é a velocidade máxima da luz, que é de 300.000 km por segundo. Não importa a rapidez com que os computadores e software gerem negociações, qualquer rede que transmita dados introduz latência devido ao meio de fibra óptica através do qual trafega. É lei da física que a propagação da luz em uma rede de fibra óptica introduz uma latência constante de aproximadamente cinco microssegundos por quilômetro (0,6 mi). Embora a ciência não possa ser mudada, existem técnicas de projeto de rede óptica e seleção de componentes que podem minimizar a latência em outras partes da rede óptica.

Em aplicações que requerem baixa latência, o uso de sistemas ópticos otimizados para latência minimizará a latência introduzida na rede de transporte. O desenvolvimento da tecnologia para componentes e sistemas ópticos está evoluindo rapidamente e melhorias na latência podem ser alcançadas com as soluções mais recentes. Há dois fatores principais a serem considerados ao criar redes ópticas de baixa latência – 1) projeto de rede e 2) sistemas de componentes de baixa latência.

Uma maneira simples de minimizar a latência é ter a conexão de fibra mais curta da plataforma de computação até o usuário. Este fator é determinado pelo espaço disponível e pela acessibilidade à fibra. Depois que os locais dos data centers e as rotas de fibra forem conhecidos, os fatores listados abaixo terão o impacto mais significativo na latência.

A maioria das redes de fibra é construída usando multiplexação por divisão de onda densa (DWDM). Esses comprimentos de onda DWDM fazem uso eficiente da fibra, criando tubos virtuais dentro dela. Hoje, as taxas de dados para esses comprimentos de onda são normalmente de 10 Gbps. No entanto, interfaces de 100 Gbps estão sendo implantadas agora e, a partir deste ano, serão o principal novo tipo de interface instalado dentro e entre data centers. Para instalações de última geração, interfaces de 200 Gbps também estarão disponíveis até o final deste ano. Construir uma rede com a taxa de dados mais rápida disponível é o primeiro passo para uma rede óptica de baixa latência. No entanto, nem todos os componentes 100G têm a mesma latência. Ao mudar para 100G, é importante entender a latência do lado de transmissão do link para o lado de recebimento do link. Esta medição mostrará quais componentes de compensação de dispersão 100G têm a menor latência.

A dispersão cromática é um alargamento do sinal de entrada à medida que ele percorre o comprimento da fibra. Quanto mais longe o sinal viaja, mais dispersão é introduzida. Existem diversas tecnologias concorrentes de compensação de dispersão para uso na maioria das fibras instaladas em todo o mundo. Os melhores componentes de compensação de dispersão introduzem insignificantes 0,15 nanossegundos de latência por quilômetro.

A multiplexação óptica permite a adição ou extração de comprimentos de onda individuais para que locais específicos sejam atendidos onde a largura de banda é necessária. Existem muitos fornecedores de equipamentos MUX/DEMUX e diversas tecnologias usadas para adicionar e eliminar sinais. Esses dispositivos são conhecidos genericamente como MUX/DMUX Óptico Passivo e selecionar as soluções MUX/DEMUX com a menor latência é outro fator na criação de uma rede de fibra óptica com latência eficiente.