淺談降低100G系統功耗的六大關鍵技術

　　1. 能耗是100G規模商用的核心問題

　　根據國際能源機構（IEA）2008年的統計，從1973年到2006年，全球能源消耗上升73％，C02排放增長了79％，能源的消耗導致了溫室效應和一系列的自然災害。為了企業的可持續發展，主流運營商、設備商先后啟動節能減排計劃，應對能耗的挑戰。

　　如火如荼的100G已具備商用條件，然而100G要實現大規模的部署還需要解決一些挑戰。這主要是因為100G技術實現機理復雜，光接收機需要使用相干接收和DSP處理，關鍵芯片沒有ASIC化，導致整個100G系統的功耗較高。通過下圖可以看出，當100G單板功耗值達到280W左右時，才能和10G做到和能效比相當。因此，如何降低100G系統的功耗，提供綠色低碳的解決方案，就成為各大通信設備商關注的熱點話題。

　　圖1 10G、40G、100G功耗對比圖

　　2. 100G OTN綠色節能的六大關鍵技術

　　100G 系統主要包括4個部分：100G業務板、OTN交叉單元、風扇板、管理模塊，其中100G業務板的功耗占整個系統功耗的7成左右。100G業務板的功能模塊又可分為三部分：客戶側光模塊、業務映射處理單元、線路側光模塊。其中，各功能模塊中的業務處理芯片占了100G業務板功耗的6成左右。

　　圖2 設備及業務板功耗分布圖

　　下文將從ASIC、光模塊、電源等方面進行討論，介紹目前主流的降低100G系統功耗的實現方案。

　　關鍵技術之一：持續提升ASIC工藝

　　目前業界主流的波分設備商均自主研發ASIC芯片，并通過芯片制程的提升來降低芯片的功耗，為OTN系統降功耗打下基礎。100G系統的設計也一直緊跟芯片工藝改進的步伐并享受升級帶來的巨大節能收益，通過改進ASIC的工藝，100G業務單板的節能成果顯著。

　　通過下圖的數據可以發現，目前已經成熟使用45nm工藝，相對130nm工藝能使門電路功耗降低50%；未來ASIC設計達到28nm時，100G系統的功耗還會大幅下降，達到甚至優于當前的10G 單位比特功耗水平。

　　圖3 ASIC工藝改進節能效果

　　關鍵技術之二：降低光模塊功耗

　　在100G系統中，光模塊的功耗也占有相當的比例，因此降低光模塊的功耗，也具有重要意義。

　　光模塊主要通過采用自適應電源管理技術，對模塊關鍵功耗芯片的工作狀態進行動態調節，能有效降低處于待機狀態模塊的功耗最大可達60％。

　　圖4 光模塊電源管理優化

　　關鍵技術之三：提升電源轉換效率

　　電源效率的提升對整個設備的功耗降低起到了不可小覷的作用，因為所有單板都用到電源模塊，即便是4%的效率提升，節省的能耗也是驚人的。

　　為了提升100G波長轉換板和線路卡單板電源效率，可通過使用高效率開關電源，電源轉換效率提升到88~89%。與此同時，通過采用主備48V電源MOS管合路、減少電源種類、優化電源架構等手段，可使電源效率最大提升至90％。

　　關鍵技術之四：動態功率管理技術

　　目前，絕大多數的100G設備支持對功耗動態化控制，實現對精細化管理，主要包括端口控制技術、智能風扇技術、動態功率控制等。

　　端口控制技術：端口在空閑時，支持自動關斷可顯著減少OTN系統能耗。

　　智能風扇技術：采用智能風扇技術，設備常溫工作狀態，風扇可運行在50％轉速，可節省70％的風扇功耗；

　　動態功率控制：當板卡不工作時，支持將板卡設置為待機態，節能40％；當100G系統檢測到光模塊未用時，則關閉該通道所對應的處理路徑上芯片，使功耗降低10％以上。

　　基于以上的智能功耗監控管理的技術，100G系統可以實現10~20%的功耗降低。

　　圖5 動態管理帶來功耗的下降

　　關鍵技術之五：大容量OTN交叉提升100G設備能效

　　首先，100G技術配合大容量的OTN交叉矩陣，在承載小顆粒業務時，可實現對100G帶寬100%的使用率。相比較傳統的板卡級波長轉換板的方案，極大的提升了線路帶寬的利用率，相對傳統設備能效提高30%以上。

　　圖6 基于OTN平臺，實現對100G帶寬的100%利用率

　　其次，當前主流的OTN設備多采用交叉單元智能溫備份技術，在保證網絡和設備性能的情況下，用于備份的交叉單元的功耗降低60%以上，因此100G OTN系統的功耗得到進一步的降低。

　　關鍵技術之六：結合ASON技術，降低單位帶寬的網絡能耗

　　100G OTN網絡中引入ASON特性，也能提升光線路帶寬的利用效率。以最簡單的3個節點下1+1保護和ASON保護對比為例，如下圖。假設A-B間業務帶寬為100G，B-C間業務帶寬為100G，考慮1+1 SNCP保護，環網上A-B，B-C，C-A鏈路所需容量均為200G；倘若考慮100G ASON保護，A-C鏈路所需容量僅需100G，使得網絡總帶寬節省了16.67%，因此網絡能耗也減少了16.67%。