線纜基礎(chǔ)設(shè)施的未來(lái)發(fā)展：數(shù)據(jù)性能要求如何塑造數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

數(shù)據(jù)中心的傳輸速率要求經(jīng)歷了相當(dāng)大的演變。業(yè)界的要求從20 Gbps、56 Gbps 達(dá)到現(xiàn)在的112 Gbps，消費(fèi)者和品牌廠商期望獲得更快速、更高效的在線使用體驗(yàn)，這就要求數(shù)據(jù)中心持續(xù)變革。而且，這種狀況在未來(lái)并沒(méi)有放緩的跡象。

隨著業(yè)界期待工作頻率再次躍升和數(shù)據(jù)速率攀升至 224 Gbps，數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建將必需再次改變。高速電纜，尤其是直連電纜(DAC)，歷來(lái)是在機(jī)架內(nèi)連接服務(wù)器的首選解決方案，它們?cè)趲椭鷶?shù)據(jù)中心進(jìn)行快速高效的升級(jí)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，隨著更高頻率要求出現(xiàn)和數(shù)據(jù)速率的逐步攀升，數(shù)據(jù)中心管理人員要求布線工具組合具備多功能性。

由于數(shù)據(jù)中心所要求的頻率越來(lái)越高，因此在做規(guī)劃時(shí)務(wù)必記住，隨著每一次頻率提高而需要使用哪些電纜。DAC的連接長(zhǎng)度容量會(huì)一次次地縮短。例如，在224Gbps下，DAC可能只可以實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)1米距離的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸。為了支持更長(zhǎng)的橋接長(zhǎng)度，有源電纜(AEC)和有源光纜(AOC)必須填補(bǔ) DAC 在支持即插即用升級(jí)方面的不足之處。換句話說(shuō)，今天的數(shù)據(jù)中心管理人員必須在傳統(tǒng)電纜產(chǎn)品之外選擇連線產(chǎn)品，以管理不同的機(jī)架架構(gòu)。數(shù)十年以來(lái)，DAC等無(wú)源電纜一直主導(dǎo)著機(jī)架架構(gòu)方面的連接，但隨著數(shù)據(jù)行業(yè)進(jìn)入下一代頻率范疇，有源電纜不僅變得更受歡迎，而且必不可少。

為了針對(duì)未來(lái)發(fā)展做好準(zhǔn)備，并立即最大限度地提高數(shù)據(jù)傳輸性能。以下列出關(guān)鍵考慮因素，在選擇電纜解決方案時(shí)以滿足不斷變化之?dāng)?shù)據(jù)中心需求。

短距連接和功率預(yù)算:

DAC已成為數(shù)據(jù)中心機(jī)架內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)連接解決方案。在56 Gbps PAM-4(一種脈沖幅度調(diào)制技術(shù))下，DAC可以在最大3.0m空間機(jī)架內(nèi)有效地連接各排服務(wù)器，但更高的數(shù)據(jù)速率會(huì)在這些無(wú)源電纜中產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失。隨著數(shù)據(jù)速率不斷攀升，DAC將會(huì)是1.0m或更小范圍應(yīng)用的理想選擇，但這個(gè)長(zhǎng)度可能不足以將架頂式(TOR)交換機(jī)與機(jī)架較低位置的服務(wù)器連接起來(lái)。

由于DAC的電纜組件中沒(méi)有電子器件，它提供了一種可以直接傳遞數(shù)據(jù)的無(wú)源解決方案。因此，除了適用于機(jī)架內(nèi)部的連接之外，它們還非常適合增加功率可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)架整體功耗更大的情況。

一個(gè)位于美國(guó)北達(dá)科他州的云運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心展示了DAC電纜的實(shí)際應(yīng)用。這個(gè)中心的七英尺機(jī)架設(shè)備正在嗡嗡作響地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，TOR交換機(jī)則通過(guò) DAC 電纜與下方成排設(shè)施中的每臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行通信。鑒于DAC方案的布線成本低于其他解決方案，并且不會(huì)增散熱預(yù)算，因而對(duì)于以較低頻率運(yùn)行的繁忙數(shù)據(jù)中心而言，DAC是很好的解決方案。此外，在56 Gbps PAM-4傳輸下，DAC可以有效地將TOR交換機(jī)連接到機(jī)架上的所有服務(wù)器，涵蓋最頂層的服務(wù)器直到最底層的服務(wù)器。

隨著時(shí)間的推移，人們對(duì)于性能的預(yù)期不斷提高，數(shù)據(jù)中心也升級(jí)到112 Gbps PAM-4速率。人們?nèi)钥梢允褂肈AC將TOR交換機(jī)連接到機(jī)架較高位置的服務(wù)器，但如果距離超過(guò)了2.0m，它們?cè)谳^高的數(shù)據(jù)速率下會(huì)出現(xiàn)不可接受的數(shù)據(jù)損耗水平。如今數(shù)據(jù)中心管理人員需要一種替代布線解決方案，將位置較低的服務(wù)器連接到 TOR交換機(jī)，同時(shí)保持可接受的性能水平。

底線：DAC不會(huì)增加功率預(yù)算，它是最長(zhǎng)3.0m長(zhǎng)度機(jī)架內(nèi)56 Gbps PAM-4 應(yīng)用的可行選擇。在112 Gbps PAM-4下，它們?cè)?0.5 到 1.0m 傳輸連接長(zhǎng)度仍然有效。

填補(bǔ)空白：有源電纜

針對(duì)112 Gbps PAM-4下DAC方案連接長(zhǎng)度不足的情況，AEC提供了功能強(qiáng)大的解決方案，它的數(shù)據(jù)丟失幾乎為零，并且電纜直徑更小，為超過(guò)2.0m 以上數(shù)據(jù)傳輸長(zhǎng)度應(yīng)用創(chuàng)造了更好的電纜選擇。

AEC中內(nèi)置的重定時(shí)器可在入口和出口位置清潔信號(hào)。數(shù)據(jù)進(jìn)入電纜，重定時(shí)器(Re-timers)則對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，消除噪聲并放大信號(hào)。當(dāng)數(shù)據(jù)離開(kāi)電纜時(shí)，則再次進(jìn)行相同的操作過(guò)程。與DAC相比，AEC可在更長(zhǎng)的距離上“更清潔”地傳輸數(shù)據(jù)，而且，其價(jià)格低于AOC組件。

上述北達(dá)科他州云運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心的管理人員已將 AEC 添加到其升級(jí)至 112 Gbps PAM-4數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟季€組件選項(xiàng)中。他們的機(jī)架現(xiàn)在使用DAC和AEC組件的組合，從而有效地為全新的更高功能和更高頻率數(shù)據(jù)中心提供兩全其美的優(yōu)勢(shì)。DAC仍然是將TOR交換機(jī)連接到較高位置服務(wù)器的最佳成本效益方式，但數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題阻礙它們用于連接機(jī)架下方較遠(yuǎn)位置的服務(wù)器。AEC相比光纖電纜價(jià)格便宜，并且提供了從機(jī)架頂部到底部的無(wú)損連接。隨著數(shù)據(jù)速率繼續(xù)提高，AEC在DAC和AOC之間提供了理想的中間部分電纜選擇。

底線：在最長(zhǎng)7.0m傳輸長(zhǎng)度機(jī)架中，AEC是實(shí)現(xiàn)各行服務(wù)器之間清潔的高速連接的絕佳選擇。盡管它們使用了電力，但其小直徑尺寸幫助改善了氣流。

克服傳輸距離問(wèn)題：光纖

AOC則是另一個(gè)重要的選擇，使用了可以清潔信號(hào)且?guī)缀鯚o(wú)損的光纖電纜。當(dāng)數(shù)據(jù)通過(guò)AOC時(shí)，幾乎沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失。而且，鑒于這種結(jié)構(gòu)，AOC能夠在更長(zhǎng)的連接長(zhǎng)度上可靠地傳輸數(shù)據(jù)——事實(shí)上，這些距離可以以公里為單位來(lái)度量。

在可用的三種線纜選項(xiàng)中，AEC相比DAC成本昂貴，而AOC則是三種類型中最昂貴的。雖然在許多案例中，升級(jí)到光纖的成本可能高達(dá)原始銅纜成本的10倍，但這些光纖電纜非常適合機(jī)架至機(jī)架，以及服務(wù)器行至行的連接，尤其是在性能閾值要求嚴(yán)苛，電纜連接距離很長(zhǎng)的大型數(shù)據(jù)中心。這意味著在機(jī)架內(nèi)連接各行的服務(wù)器時(shí)，使用AOC沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益，而DAC和AEC電纜是在經(jīng)濟(jì)方面更合適的選擇。

我們示例中提及的北達(dá)科他州云運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在將 AOC 用于更長(zhǎng)距離應(yīng)用 (>7.0m)，例如連接TOR行尾交換機(jī)。在112 Gbps PAM-4 甚至更高數(shù)據(jù)速率下，AOC不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題。北達(dá)科他州設(shè)施還使用光纖連接位于德克薩斯州和弗吉尼亞州的數(shù)據(jù)中心，并且，這種長(zhǎng)距離連接態(tài)勢(shì)繼續(xù)向前發(fā)展，最終將會(huì)連接位于歐洲、亞洲和全球其他地方的數(shù)據(jù)中心。

底線：AOC及其強(qiáng)大的光纖功能同時(shí)為服務(wù)器行至行和數(shù)據(jù)中心至數(shù)據(jù)中心的連接提供了出色的解決方案。

Molex莫仕DAC組件

四通道小型可插拔雙密度 (QSFP-DD) 互連解決方案專為滿足高密度應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可有效利用空間、功率和端口密度。QSFP-DD/QSFP+ 具有高速 I/O 無(wú)源電纜組件，可提供高達(dá) 400 Gbps 的數(shù)據(jù)速率，具有各種長(zhǎng)度或定制選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)更大的設(shè)計(jì)靈活性。

由于創(chuàng)新的制造和屏蔽工藝可最大限度地減少外部和內(nèi)部噪聲，這些組件提供了卓越的性能和可靠性。I/O無(wú)源電纜符合IEEE802.3by、IEEE802.3bj 和 IEEE802.3cd、與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)連接器和籠子兼容。

AEC 112 Gbps PAM-4 解決方案

對(duì)帶寬密集型、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的服務(wù)的需求猛增，推動(dòng)了計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)功能的增長(zhǎng)。為響應(yīng)更高的帶寬需求，采用 QSFP-DD 和 OSFP 互連的有源電纜 (AEC) 解決方案作為一種新型可插拔連接，旨在以 112G PAM-4 和更高速度(端口容量介于 100和 800 Gbps)，同時(shí)在不使用光纜的情況下將覆蓋范圍擴(kuò)大至 5米。

隨著數(shù)據(jù)速率要求的提高，信號(hào)損耗也成為設(shè)計(jì)問(wèn)題。工程師有多種選擇，例如光連接、線性放大器和重定時(shí)器——每種選擇都有其優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)需要超過(guò) 1.5 到 2.0米的電纜長(zhǎng)度時(shí)，AEC 是一個(gè)理想的選擇。由于 AEC 組件中的連接器可再生信號(hào)并消除噪音，因此即使在長(zhǎng)達(dá) 5.0 至 7.0m 的長(zhǎng)度下，由于箱內(nèi)信號(hào)損失造成的限制也會(huì)顯著減輕。

隨著速度和功能的提高，熱管理對(duì)電信和網(wǎng)絡(luò) OEM 來(lái)說(shuō)變得更具挑戰(zhàn)性，需要將機(jī)箱前方繁重布線引起的空氣阻抗降至最低。AEC 解決方案將電纜束尺寸最小化，從 28 到 32 AWG，從而降低機(jī)箱前部的氣流阻抗。

數(shù)據(jù)中心管理人員通常需要超過(guò) 2.0米長(zhǎng)度的電纜才能到達(dá)機(jī)箱之間，但較長(zhǎng)的長(zhǎng)度會(huì)產(chǎn)生更大的損耗。AEC 112 Gbps PAM4 解決方案使外部長(zhǎng)度可達(dá) 5.0 至 7.0米。

AOC集成電纜解決方案

Molex 的AOC方案擁有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)光學(xué)模塊的成本優(yōu)勢(shì)。此外，AOC 可以通過(guò)廣泛的標(biāo)準(zhǔn) MSA 連接器(包括 QSFP+、iPass+? HD 和 CXP)與系統(tǒng)連接。這些電纜在電氣上與 InfiniBand* FDR/DDR/QDR、以太網(wǎng) (10、40 和 56 Gbps)、光纖通道(8 和 10 Gbps)、SAS 3.0 和 2.1(12 和 6 Gbps)和其他協(xié)議應(yīng)用程序兼容。

作者：

審核編輯 黃昊宇