位移動(dòng)的能量

　　引言

　　每位工程師都知道做功需要消耗能量，即使是在移動(dòng)信息時(shí)，能量也是必須的。過(guò)去幾年世界一直處于信息爆炸時(shí)代，我們正在以難以想象的速度產(chǎn)生新信息，而且大部分是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)分享這些信息。根據(jù)2010年思科視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)(Visual Networking Index，VNI)預(yù)測(cè)顯示，全球互聯(lián)網(wǎng)流量到2014年將會(huì)增加四倍以上，超過(guò)2009年每年的767exabytes(EB)，約為Zettabyte的3/4。這些數(shù)據(jù)十分驚人，信息不僅在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，而且還存儲(chǔ)在遍布世界各地的需要電力的龐大系統(tǒng)當(dāng)中。這對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算、通信平臺(tái)和系統(tǒng)的工程師來(lái)說(shuō)代表什么?這代表需要用更少的電力做更多的事情。

　　用更少做到更多

　　思科VNI預(yù)測(cè)報(bào)告中指出預(yù)計(jì)的數(shù)據(jù)將增長(zhǎng)10倍，這已經(jīng)在2008年的互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)生了。如果像這份報(bào)告所推斷的：每隔6年信息量即增加十倍，那么到2025年全球互聯(lián)網(wǎng)每年的數(shù)據(jù)將達(dá)到超過(guò)700億terabytes(TB)-這相當(dāng)于約7000億片4層藍(lán)光光盤(pán)!換個(gè)角度來(lái)看，如果把這些光盤(pán)堆迭起來(lái)，長(zhǎng)度足足可以來(lái)回月球一趟而且還綽綽有余，這真是一個(gè)驚人的數(shù)據(jù)!

　　工程師們一直在尋找一種可以降低各種媒介傳遞信息所需能量的方法。我們可以想想看，在1000米的雙絞線上負(fù)載10kbps的RS-485收發(fā)器鏈路每端大約消耗150mW的功率。兩端的能量總計(jì)達(dá)到了每位米30納焦耳(nJ/b•m)。而在1000米長(zhǎng)光纖鏈路上載負(fù)10G以太網(wǎng)數(shù)據(jù)每端功耗大約為1W，能量減少到了每位米200微微焦耳(pJ/b•m)，相同的距離每位功耗減少了150倍。這還僅包括收發(fā)器和媒體，而沒(méi)有包括信息的交換或處理，但問(wèn)題在于現(xiàn)在移動(dòng)每個(gè)位的能量正在不斷下降，其速度超過(guò)了流量增加的速度。

　　同時(shí)，上述情況還存在設(shè)備密度的問(wèn)題，這也是一個(gè)瓶頸。如果是以1Gbps交換數(shù)據(jù)的同一個(gè)1U系統(tǒng)，現(xiàn)在必須以10Gbps交換數(shù)據(jù)，在某些方面必須做出讓步。在前面的實(shí)例中，移動(dòng)一單位所需能量(規(guī)范化數(shù)據(jù))的功耗被降低了。然而在現(xiàn)實(shí)世界中并不是這樣的情況。如果交換機(jī)有16個(gè)采用光學(xué)模塊的SFP+連接器，其每個(gè)功耗為1W，那么，就會(huì)占用1U空間，無(wú)論交換機(jī)光纖設(shè)備和信號(hào)調(diào)節(jié)器需要多少功耗(大約100W或以上)，都要加上相關(guān)模塊的16W功耗。如果設(shè)備升級(jí)到QSFP 40Gbps以太網(wǎng)，那么每個(gè)模塊的功耗將大幅提升至近2W，交換機(jī)需要處理的每個(gè)端口通道有4倍之多(見(jiàn)圖1)，這也增加了內(nèi)部功耗。