Fujitsu-Server nutzt Intel Optical PCI Express

Fujitsu hat in Zusammenarbeit mit Intel einen Prototypen-Server gebaut, der Intels Silicon Photonics nutzt, um optische PCI-Express-Verbindungen zu realisieren. Durch das sogenannte Intel Optical PCI Express (OPCIe) können verschiedene Hardwarekomponenten trotz räumlicher Trennung wie auf einem Mainboard interagieren.

Hinter der Idee für OPCIe steht das Problem, dass Platz und Kühlkapazitäten in Racks begrenzt sind, die maximale Rechen- und Speicherkapazität eines Servers wird dadurch begrenzt. Dieses Problem lässt sich beispielsweise umgehen, indem man einen Server mit Prozessoren voll packt und den Laufwerkspool von einem zweiten Server verwalten lässt, wobei jedoch Latenz durch die Kommunikation zwischen den Servern entsteht.

Wesentlich effektiver ist eine räumliche Trennung von Speicher und Recheneinheiten in zwei Racks oder Blades, bei der alle Komponenten auf einem Mainboard zu sein scheinen. Dies ist prinzipiell – etwa mittels PCI Express – auch über Kupferkabel möglich. Diese sind jedoch sehr schwer und klobig und können aufgrund von EM-Interferenzen nur kürzere Strecken überbrücken, aktive Kabel für etwas längere Strecken sind teuer und brauchen zusätzliche Energie.

Mit optischen Verbindungen über MXC-Kabel entstehen diese Probleme nicht. Sie bieten eine viel höhere Übertragungskapazität, sind deutlich leichter und können problemlos auch längere Strecken überbrücken. Mit herkömmlicher Technik sind sie aufgrund des Einsatzes seltener Materialien und umständlicher Herstellungsprozesse jedoch auch relativ teuer, wohingegen Intels Silicon Photonics auf günstiger Silizium-Technologie aufbaut.

Für den OPCIe-Prototypen-Aufbau verwendeten Fujitsu und Intel zwei handelsübliche Primergy-RX-200-Server, die jeweils mit einem Silicon-Photonics-Modul sowie einem von Intel entworfenen FPGA ausgestattet wurden, der die PCI-Express-Signale für die optische Übertragung aufarbeitet. Über die OPCIe-Verbindungen wurden die beiden Server-Blades mit einer PCI-Express-Erweiterungsbox mit mehreren SSDs und Xeon Phi verbunden, die wiederum über zwei Silicon-Photonics-Module sowie FPGAs zur Kommunikation mit den Servern verfügte. Für den Server schienen SSDs und Xeon Phi auf dem Mainboard zu sitzen, die Latenz der optischen Verbindung war mit 5 Nanosekunden pro Meter extrem gering.

Den Unternehmen zufolge ergaben sich aus dem OPCIe-Aufbau vier konkrete Vorteile:

1. Eine höhere Speicherkapazität durch zusätzliche Laufwerke, deren Zahl durch die Größe der Erweiterungsbox bestimmt wird.
2. Die Rechenkapazität wurde durch die Xeon Phi in der Erweiterungsbox erhöht, die in einem iU-Rack nur schwer integrierbar wären.
3. Die akummulierte Kühlleistung von Racks und Erweiterungsbox ist deutlich höher.
4. Die Kühldichte ist geringer, d. h. pro Volumeneinheit muss weniger Kühlleistung aufgebracht werden.

Einen öffentlich kommunizierten Zeitplan für die Einführung einer Silicon-Photonics-Produktlinie gibt es von Intel derzeit nicht. Intel arbeite daran seinen Kunden komplette Lösungspakete bieten zu können.