Finchetto光学数据包交换机：光无法存储的技术挑战与突破

光学数据包交换机面临的根本问题是光无法存储。携带数据包的光束无法被存储然后再转发，这使得读取光载数据包中的头部信息几乎不可能实现。

让我们继续关注光子芯片初创公司Finchetto。在前面的介绍中，我们了解到Finchetto正在构建一种光子交换机，承诺比数字（电子）数据包交换机快得多。

简单来说，数字数据包交换机有多个输入端口和输出端口。它的任务是接收输入数据包并通过正确的输出端口发送出去。以太网交换机接收到数据包后，会将其写入缓冲存储器，然后定位并提取头部信息以识别目标地址，映射到相应的输出端口并转发。

但对于通过光缆传输的数据包，当它进入时无法将光信号的数据包以光的形式存储。虽然可以将其以比特形式存储在DRAM中，但这样就进入了较慢的数字电子领域，脱离了光子学世界。

Finchetto联合创始人Mike Pearcey意识到，由于承载数据负载和头部的光束具有特定波长（颜色），可以在其起始点同时传输不同波长的光，这种颜色可以代表数据包的目标地址，即光学控制信号。因此，两个数据包同时到达光学数据包交换机：数据负载和头部信息，分别承载在两种不同颜色上，比如1550nm和1551nm。交换机设置为将数据负载路由到1551nm颜色标识的输出端口。

由于光不会停止，速度提升可能相当显著。

CEO Mark Rushworth表示："我们消除了电子控制信号，这是电路交换机中交换粒度的速率限制器。我们讨论的是数十微秒的重新配置时间，其他公司正在寻求不到一微秒的重新配置时间，但这对于100千兆网络来说还不够快。通过消除那些需要数十微秒或数百纳秒的电子控制信号，用光控制光来替代，我们将交换时间减少到了低纳秒级别。"

Finchetto办公室的演示展示了这一效果：最左边的黑色单元是光学数据包交换机输入点，从输入端口接收数据和头部信号。白色数据包在上方光缆上传输，绿色、黄色和红色头部信息与正确的数据包同步，在下方光缆上传输。两组信号依次到达交换机处理器，然后转发到输出端口解复用器复合体，通过正确的端口路由输出。

Rushworth说处理器部分："实际上是接收这两个并行波长，并将数据转置到寻址波长上。因此只有一个波长输出...在目标波长上，然后解复用器会将它们发送出去。这样你就可以根据数据所在的波长将数据物理地传送到正确的目标。"

这种光学数据包交换机与数据承载协议无关。CEO Mark Rushworth说："数据包作为以太网数据包或Infiniband数据包保持完整。无论使用什么协议都保持不变，以便在两端都能被理解而不会出现问题。"

它也与数据信号速度无关。他说："这个交换机的有趣之处在于，因为它是全光学的，这意味着它对未来的网络速度具有前瞻性。目前最先进的是每秒800千兆比特，正在推向每秒1.6太字节。两三年后将是3.4太字节等等。但由于交换机是被动光学器件，信号进入的速度无关紧要，无论什么速度，我们都会让它通过。"

他说时序同步不是问题，因为"相比光的时域，数据的时域是如此粗糙"。

还有一个额外的方面。Rushworth说："在高性能计算集群中，你可能决定有不同的象流和鼠流。基本上你会有需要去往某些地方的数据包集群。所以你可能不会交换每个数据包。"

"目前的思科交换机必须解码每个数据包来查看数据要去哪里，即使连续20个数据包都要去同一个地方。这就是它的工作方式。但在我们的情况下，你可以将这些数据包聚集在一起，进行我们称之为基于会话的交换。"

Finchetto必须构建光子交换机，还要构建接口模块，这将是一个定制网卡，从GPU、CPU获取数字数据，创建数据包，然后以特定方式输出光。

还有额外的工作要做："你有交换机产品，但为了让它在网络中工作，显然必须在各个层面拥有控制平面、固件和软件。所以我们正在构建一个完整的解决方案，一个完整的产品解决方案来交付那个未来网络。"

总体而言，Rushworth告诉我们："我们需要证明的是，在网络环境中，这比现有的数字交换机性能更好。"

"还有一些额外的技术挑战需要解决。比如流量控制。我们现在有一个无阻塞网络，但如果49000台服务器都向一个目标发送数据会怎样？你如何处理？光不会为任何人停下来。所以你没有那个缓冲区，没有那个内存。你怎么办？我们有一整套专有的智能管理技术和覆盖层，使其作为网络工作，但我不能详细说明。"

Rushworth说Finchetto已经与市场上的客户和供应商讨论了其概念："他们回来说，好的，这些是我们希望看到你作为初创公司面对的挑战。所以我们正在朝着那个目标构建。我们与一些大公司有积极的对话。我们与一些已经在构建交换机的OEM厂商关系密切。即将进行外部演示，这将回答市场给我们的作业提出的那些问题。"

他说："我们已经演示了各个部分，但现在我们需要放大视野并演示整个系统。这是目前的重点。就何时会有被认为是产品的东西，可以放入客户实验室的东西而言，我们预计还有12到18个月。"

"那是为了展示试点和概念验证，真正在客户环境中演示它。现在可能发生很多事情，在那时你可以采取很多不同的路线，无论是与合作伙伴共同开发还是自主开发。"

这还处于非常早期的阶段。你可以查看Finchetto的专利以更详细地了解其想法。被动光学光子交换机的概念令人着迷。即将到来的演示将是公司需要克服的重要障碍，然后如果获得进一步开发的绿灯，将涉及半导体级别的工作。

Finchetto已经参与了这方面的开发。Rushworth再次表示："我们与瑞士的一家代工厂CSEM合作。与他们合作，我们一直在做基于芯片的开发工作，主要在器件级别。光子学是光的产生、操控和检测。我们专注于操控部分。其他人可以做收发器的创建和检测。我们做的巧妙部分是光控制光，这就是操控。这是我们与CSEM合作一直在做的工作，我们目前正在招聘集成光学工程师，以便越来越多地将这项工作内部化。"

让我们拭目以待。我们将继续关注Finchetto的进展，看看事情如何发展。

Q&A

Q1：Finchetto光学数据包交换机的核心技术原理是什么？

A：Finchetto的核心突破是用光控制光的技术。传统方法无法存储光信号，而Finchetto通过同时传输两个不同波长的光束来解决这个问题：一个承载数据负载，另一个承载目标地址信息。处理器将数据转置到目标波长上，消除了电子控制信号的延迟，将交换时间从微秒级减少到纳秒级。

Q2：Finchetto光学交换机比传统数字交换机快多少？

A：Finchetto光学交换机的速度提升相当显著。传统交换机的重新配置时间需要数十微秒甚至数百纳秒，而Finchetto通过光控制光技术将交换时间减少到低纳秒级别。由于是被动光学器件，它还能支持未来更高的网络速度，从目前的800Gbps到未来的1.6Tbps甚至3.4Tbps。

Q3：Finchetto光学交换机何时能实现商业化应用？

A：根据CEO Mark Rushworth的介绍，Finchetto预计在12-18个月内推出可以放入客户实验室的产品原型，用于试点和概念验证。目前公司正在与大型OEM厂商进行积极对话，即将进行外部演示。公司已与瑞士代工厂CSEM合作进行芯片级开发工作，并在招聘集成光学工程师。