分离式数据中心中认知光互连网络技术研究

Hardware disaggregation technology to achieve CPU, memory, I/O system decoupling, break through the limitations of the server architecture, can effectively improve the efficiency of the use of resources in Data Center, which will be an attractive solution for future data center. At the same time, the data center with hardware disaggregation, network communication demand between Blades will change, and in the data center interconnection network communication delay, bandwidth and other aspects also put forward new requirements. This proposal in view of the above background, exploring the use of optical switching device of novel interconnection structure design problem and heterogeneous resources of the decoupling limit, exploration deal with high dynamic traffic network control mechanism to solve current network data center can not meet the demand of communication between heterogeneous hardware blade, around the data center of all-optical interconnection and high dynamic control mechanism. Communication pattern analysis, interconnection structure design, heterogeneous resource cooperative control mechanism and optimization strategy of heterogeneous resources. And set up the experimental platform to verify the results, the design and implementation of efficient data center network optical interconnection and high dynamic control mechanism for the current data center to provide scientific support for the effective implementation of the business and technical evolution.

硬件重构技术实现了CPU、内存、I/O系统的解耦，突破了服务器架构的限制，能够有效提升资源的使用效率，成为未来数据中心的关键技术。与传统数据中心网络相比，硬件重构后模块间的互连带宽要求更高、传输时延更低、业务动态性更强，同时，网络带宽分配由原来数据中心中业务驱动变为负载驱动，为了实现高效的模块间互连，未来数据中心需要能够实时监控网络状态，并有效地动态调整。在此背景下，本项目拟探索采用光交换器件的互连结构设计及其对异构资源解耦范围极限的影响，及应对高动态业务的负载驱动智能网络控制机制。拟通过分析异构资源间的通信模式，开展针对下一代分离式数据中心中的多级全光互连方案与针对高动态业务的认知网络控制理论等方面的创新性研究，解决未来采用硬件重构技术的数据中心中高带宽、低延时、强动态的通信问题。并搭建实验平台进行成果验证，为当前数据中心业务的高效承载与技术演进提供科学支撑。

针对目前数据中心中层叠式路由器的互连结构无法满足下一代分离式数据中心的通信需求，项目团队通过对分离式数据中心服务器解耦的发展现状和趋势调研，开展了CPU、内存和外置存储之间通信的机制与模式的研究，建立了业务模型，设计了易扩展的多级光电混合互连结构，提出了基于认知网络框架的通信模式自适应拓扑重构和基于深度学习的数据中心内路由优化方法，最后搭建了面向数据中心的光电混合互连系统验证平台，验证了上述方法和机制在应对未来分离式数据中心发展的可行性。通过本项目的开展，研究团队认为，基于AWGR的波道交换和基于精确时间同步的时隙交换相结合将是解决未来分离式数据中心中任务驱动的机架间通信网络构建的主要趋势。.在本项目的资助下，在基于人工智能的数据中心内路由优化策略和光电混合互连结构等方面形成了一定的成果。基于上述研究基础，项目负责人得到重点研发项目课题“基于硅光光电混合集成技术的Tb/s级低能耗光互连引擎及低能耗网络技术研究”（课题编号：2018YFB1801702）资助，将进一步深入开展基于通信模式的光电混合互连结构相关的研究。同时，项目负责人和华为北研所就基于人工智能的数据中心内路由优化策略方面开展了合作项目。.总计发表论文14篇，专利5项，同时作为co-organizer举办ACP/IPOC 2020国际会议Data Center Optic Interconnection workshop，作为session chair组织CECNet 2021 session 6: Communication Networks and Network Security。