線纜基礎(chǔ)設(shè)施的未來發(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，這種狀況在未來并沒有放緩的跡象。

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)，歷來是在機(jī)架內(nèi)連接服務(wù)器的首選解決方案，它們在幫助數(shù)據(jù)中心進(jìn)行快速高效的升級方面發(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越高，因此在做規(guī)劃時務(wù)必記住，隨著每一次頻率提高而需要使用哪些電纜。DAC的連接長度容量會一次次地縮短。例如，在224Gbps下，DAC可能只可以實(shí)現(xiàn)最長1米距離的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸。為了支持更長的橋接長度，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方面的不足之處。換句話說，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，DAC等無源電纜一直主導(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。

為了針對未來發(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)速率會在這些無源電纜中產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失。隨著數(shù)據(jù)速率不斷攀升，DAC將會是1.0m或更小范圍應(yīng)用的理想選擇，但這個長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。

由于DAC的電纜組件中沒有電子器件，它提供了一種可以直接傳遞數(shù)據(jù)的無源解決方案。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導(dǎo)致機(jī)架整體功耗更大的情況。

一個位于美國北達(dá)科他州的云運(yùn)營數(shù)據(jù)中心展示了DAC電纜的實(shí)際應(yīng)用。這個中心的七英尺機(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 DAC 電纜與下方成排設(shè)施中的每臺服務(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，并且不會增散熱預(yù)算，因而對于以較低頻率運(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。

隨著時間的推移，人們對于性能的預(yù)期不斷提高，數(shù)據(jù)中心也升級到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，但如果距離超過了2.0m，它們在較高的數(shù)據(jù)速率下會出現(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)，同時保持可接受的性能水平。

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

填補(bǔ)空白：有源電纜

針對112 Gbps PAM-4下DAC方案連接長度不足的情況，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2.0m 以上數(shù)據(jù)傳輸長度應(yīng)用創(chuàng)造了更好的電纜選擇。

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

上述北達(dá)科他州云運(yùn)營數(shù)據(jù)中心的管理人員已將 AEC 添加到其升級至 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。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相比光纖電纜價格便宜，并且提供了從機(jī)架頂部到底部的無損連接。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7.0m傳輸長度機(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。

克服傳輸距離問題：光纖

AOC則是另一個重要的選擇，使用了可以清潔信號且?guī)缀鯚o損的光纖電纜。當(dāng)數(shù)據(jù)通過AOC時，幾乎沒有數(shù)據(jù)丟失。而且，鑒于這種結(jié)構(gòu)，AOC能夠在更長的連接長度上可靠地傳輸數(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，使用AOC沒有經(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)營數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在將 AOC 用于更長距離應(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不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失問題。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，這種長距離連接態(tài)勢繼續(xù)向前發(fā)展，最終將會連接位于歐洲、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

對帶寬密集型、數(shù)據(jù)驅(qū)動的服務(wù)的需求猛增，推動了計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)功能的增長。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，信號損耗也成為設(shè)計(jì)問題。工程師有多種選擇，例如光連接、線性放大器和重定時器——每種選擇都有其優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)需要超過 1.5 到 2.0米的電纜長度時，AEC 是一個理想的選擇。由于 AEC 組件中的連接器可再生信號并消除噪音，因此即使在長達(dá) 5.0 至 7.0m 的長度下，由于箱內(nèi)信號損失造成的限制也會顯著減輕。

隨著速度和功能的提高，熱管理對電信和網(wǎng)絡(luò) OEM 來說變得更具挑戰(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 2.0米長度的電纜才能到達(dá)機(jī)箱之間，但較長的長度會產(chǎn)生更大的損耗。AEC 112 Gbps PAM4 解決方案使外部長度可達(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。此外，AOC 可以通過廣泛的標(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