Opzioni a bassa latenza per l'interconnessione del data center

Apr 18, 2024

Non puoi battere la velocità della luce, ma la giusta progettazione della rete ottica e la giusta selezione dei componenti ti porteranno molto vicino

Nella corsa per eliminare microsecondi e nanosecondi dalle transazioni, i trader ad alta frequenza e altri sviluppatori che creano applicazioni che richiedono una bassa latenza stanno potenziando la tecnologia per avvicinarsi alla velocità della luce. Latenza è un termine utilizzato dagli esperti di networking e dai trader ad alta frequenza per definire i ritardi che si verificano nella trasmissione dei dati ed è fondamentale per il successo delle piattaforme di trading ad alta frequenza, delle imprese e delle applicazioni scientifiche.

Negli ultimi anni, gli esperti di tecnologia hanno ridotto la latenza attraverso una serie di miglioramenti. Questi includono: cicli e velocità della CPU nel dispositivo informatico; velocità ingresso-uscita dei dispositivi; larghezza di banda della rete; velocità delle funzioni del sistema operativo; e velocità di calcolo del software. Un altro componente chiave è la latenza indotta dalla rete in fibra ottica su cui viaggiano i dati.

Il vincolo fondamentale in una rete in fibra è la velocità massima della luce, che è di 300.000 km al secondo. Non importa quanto velocemente computer e software generino scambi, qualsiasi rete che trasmette dati introduce latenza a causa del supporto in fibra ottica su cui viaggia. Secondo la legge della fisica, la propagazione della luce su una rete in fibra ottica introduce una latenza costante di circa cinque microsecondi per chilometro (0,6 miglia). Sebbene la scienza non possa essere cambiata, esistono tecniche nella progettazione della rete ottica e nella selezione dei componenti che possono ridurre al minimo la latenza attraverso altre parti della rete ottica.

Nelle applicazioni che richiedono una bassa latenza, l'uso di sistemi ottici ottimizzati per la latenza ridurrà al minimo la latenza introdotta nella rete di trasporto. Lo sviluppo della tecnologia per componenti e sistemi ottici si sta evolvendo rapidamente e con le soluzioni più recenti è possibile ottenere miglioramenti nella latenza. Ci sono due fattori chiave da considerare quando si creano reti ottiche a bassa latenza: 1) progettazione della rete e 2) sistemi di componenti a bassa latenza.

Un modo semplice per ridurre al minimo la latenza è disporre della connessione in fibra più breve dalla piattaforma informatica all'utente. Questo fattore è determinato dagli immobili disponibili e dall’accessibilità alla fibra. Una volta note le posizioni dei data center e i percorsi delle fibre, i fattori elencati di seguito hanno l'impatto più significativo sulla latenza.

La maggior parte delle reti in fibra sono costruite utilizzando il multiplexing a divisione d'onda densa (DWDM). Queste lunghezze d'onda DWDM fanno un uso efficiente della fibra creando tubi virtuali al suo interno. Oggi, la velocità dei dati per queste lunghezze d’onda è in genere di 10 Gbps. Tuttavia, le interfacce da 100 Gbps vengono ora implementate e, a partire da quest'anno, saranno il nuovo tipo di interfaccia principale installato all'interno e tra i data center. Per le installazioni più innovative, entro la fine di quest'anno saranno disponibili anche le interfacce da 200Gbps. Costruire una rete con la velocità dati più veloce disponibile è il primo passo verso una rete ottica a bassa latenza. Tuttavia, non tutti i componenti 100G hanno la stessa latenza. Quando si passa a 100G è importante comprendere la latenza dal lato di trasmissione del collegamento al lato di ricezione del collegamento. Questa misurazione mostrerà quali componenti di compensazione della dispersione 100G hanno la latenza più bassa.

La dispersione cromatica è un ampliamento del segnale di ingresso mentre viaggia lungo la fibra. Più lontano viaggia il segnale, maggiore è la dispersione. Esistono numerose tecnologie concorrenti di compensazione della dispersione da utilizzare sulla maggior parte delle fibre installate in tutto il mondo. I migliori componenti di compensazione della dispersione introducono una latenza trascurabile di 0,15 nanosecondi per chilometro.

Il multiplexing ottico consente l'aggiunta o l'estrazione di singole lunghezze d'onda in modo da servire posizioni specifiche dove è necessaria la larghezza di banda. Esistono molti fornitori di apparecchiature MUX/DEMUX e numerose tecnologie utilizzate per aggiungere e eliminare segnali. Questi dispositivi sono conosciuti genericamente come MUX/DMUX ottici passivi e la scelta delle soluzioni MUX/DEMUX con la latenza più bassa è un altro fattore nella creazione di una rete in fibra ottica efficiente in termini di latenza.