通过操作系统、交换机与激光器协同设计的能耗比例型数据中心网络架构
网络与互联网体系结构
2021-12-21 v2 硬件体系结构
摘要
光互连已经成为大规模数据中心网络中的主导技术。然而，许多光学元件的高光损耗与激光源的低效率导致这些网络所使用的数千个光收发器具有高额的聚合功耗需求。由于光互连在流量需求起伏时始终保持开启，大部分功耗被浪费。我们提出 LC/DC，一种将操作系统、交换机与光学元件协同设计以实现能耗比例性的数据中心网络系统架构。LC/DC 利用数据中心网络的路径冗余，根据流量需求开启和关闭冗余路径，同时保持全连通性。关闭冗余路径可使光收发器及其电子驱动器断电以节省能耗。保持全连通性则隐藏了激光开启延迟。在节点层，在操作系统中拦截发送请求可使 NIC 的激光开启延迟与 TCP/IP 包处理完全重叠，因此出口链路在需要前可保持断电而无性能损失。我们通过以下方式验证 LC/DC 的可行性：i) 在 Linux 内核和设备驱动中实现必要修改，ii) 实现 10Gbit/s FPGA 交换机，iii) 使用光学器件和电路仿真进行物理实验。基于大学数据中心轨迹以及 Facebook 和 Microsoft 数据中心流量模型的结果表明，LC/DC 平均节省 60% 的光收发器功耗（最高 68%），代价是包延迟增加 6%。
引用
@article{arxiv.2112.02083,
title = {Energy-Proportional Data Center Network Architecture Through OS, Switch and Laser Co-design},
author = {Haiyang Han and Nikos Terzenidis and Dimitris Syrivelis and Arash F. Beldachi and George T. Kanellos and Yigit Demir and Jie Gu and Srikanth Kandula and Nikos Pleros and Fabián Bustamante and Nikos Hardavellas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.02083},
year = {2021}
}
备注
12 pages, 11 figures, submitted to The International Symposium on Computer Architecture (ISCA 2022)