重構(gòu)開(kāi)放計(jì)算中的互連技術(shù)

時(shí)至今日，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力。不過(guò)，盡管云計(jì)算的發(fā)展為處理海量數(shù)據(jù)提供了一個(gè)理想的解決方案，但是隨著數(shù)據(jù)量的快速攀升，以及應(yīng)用場(chǎng)景的多元化，云計(jì)算所依托的數(shù)據(jù)中心在發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越大：一方面，數(shù)據(jù)中心要在性能上緊跟市場(chǎng)需求的步伐；另一方面也要在能耗、成本等方面做綜合的考量。

應(yīng)對(duì)新一代數(shù)據(jù)中心建設(shè)和部署中的諸多挑戰(zhàn)，顯然需要很多針對(duì)性的創(chuàng)新。然而，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心大多采用的是基于通用產(chǎn)品的硬件平臺(tái)，想要在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)“定制化”的優(yōu)化，幾乎是一個(gè)不可完成的任務(wù)。而且，相關(guān)的廠商——不論是數(shù)據(jù)中心設(shè)備制造商還是運(yùn)營(yíng)商——想要憑一己之力完成這些技術(shù)升級(jí)，所面臨的風(fēng)險(xiǎn)和成本也是難于承受的。因此，由產(chǎn)業(yè)鏈中的各個(gè)廠商一起組團(tuán)攻關(guān)，聯(lián)手打造一個(gè)開(kāi)放的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，就成了核心的訴求，也是可行的技術(shù)發(fā)展路徑。

開(kāi)放計(jì)算的興起

在這種背景下，OCP（Open Compute Project，開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目）應(yīng)運(yùn)而生。OCP是由Facebook聯(lián)合英特爾、Rackspace、高盛和Arista Networks等行業(yè)巨頭，在2011年聯(lián)合發(fā)起的開(kāi)放硬件組織，其目的就是面向下一代數(shù)據(jù)中心的需求，以開(kāi)源的方式重構(gòu)數(shù)據(jù)中心硬件架構(gòu)，力求將從大量從實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的更佳解決方案，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，進(jìn)而推廣到整個(gè)數(shù)據(jù)中心行業(yè)以及其他相關(guān)領(lǐng)域。在這個(gè)過(guò)程中，所有參與到該項(xiàng)目中的廠商，既是技術(shù)的貢獻(xiàn)者，又是最終成果的受益者。

這種共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)、合作多贏的“開(kāi)放計(jì)算”模式，一經(jīng)推出就得到了業(yè)界積極地相應(yīng)，并獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。越來(lái)越多地廠商參與其中，并著手將新一代數(shù)據(jù)中心硬件架構(gòu)的開(kāi)發(fā)和部署，轉(zhuǎn)到OCP這類(lèi)開(kāi)放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)之上。

據(jù)IDC預(yù)測(cè)，2020到2024年間全球OCP基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率會(huì)達(dá)到16.6%，預(yù)測(cè)期末市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到338億美元。Omdia的研究報(bào)告顯示，到2025年全球40％的服務(wù)器將基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，即使在非互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，其開(kāi)放計(jì)算設(shè)備的占比也將從2020年的10.5%增加至2025年的21.9%。

重構(gòu)開(kāi)放計(jì)算中的互連技術(shù)

當(dāng)然，重新定義未來(lái)數(shù)據(jù)中心的硬件架構(gòu)，是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，牽涉到方方面面。為此，OCP充分利用其開(kāi)源優(yōu)勢(shì)以及協(xié)作力量，成立了不同的項(xiàng)目組，力求全面推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備以及可擴(kuò)展機(jī)架設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。

可以想見(jiàn)，想要將不同技術(shù)廠商的貢獻(xiàn)整合在一起，形成一個(gè)完整的解決方案，互連接口的標(biāo)準(zhǔn)化，是尤為關(guān)鍵的一環(huán)。因此OCP也吸納了全球領(lǐng)先的連接器廠商深度參與其中，做了大量前瞻性的研發(fā)工作。

以O(shè)CP旗下一個(gè)關(guān)鍵子項(xiàng)目“數(shù)據(jù)中心-模塊化硬件系統(tǒng)（DC-MHS）”為例，它旨在從整體架構(gòu)到模塊化、可擴(kuò)展、可插拔設(shè)計(jì)等諸多方面著手，通過(guò)對(duì)接口規(guī)格和外形尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的互操作性。這種標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的思路，有利于超大型數(shù)據(jù)中心輕松實(shí)現(xiàn)資源的管理和調(diào)整，便捷地?cái)U(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模以滿(mǎn)足不斷增加的性能需求。

為了確保數(shù)據(jù)中心各類(lèi)構(gòu)建塊之間的相互兼容性，DC-MHS圍繞五個(gè)主要的工作流進(jìn)行了詳細(xì)的定義：

M-HPM

（主機(jī)處理器模塊）

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心硬件模塊中PCB / PCBA 外形尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化，以便根據(jù)需要輕松添加和減少組件。根據(jù)不同應(yīng)用要求，定義了M-FLW（全寬HPM）、M-DNO（密度優(yōu)化HPM）和M-HPM.next三種規(guī)格。

M-XIO/PESTI

（擴(kuò)展I/O連接/外圍邊帶隧道接口）

M-XIO定義了模塊化可擴(kuò)展I/O (M-XIO) 源連接器的連接器、引出線和信號(hào)接口詳細(xì)信息，該連接器可作為主板和HPM等源與PCIe轉(zhuǎn)接卡和背板等外圍子系統(tǒng)之間的I/O。PESTI協(xié)議在DC-MHS中指定的多種組件之間建立了電氣兼容性，用于傳遞狀態(tài)和發(fā)現(xiàn)子系統(tǒng)。

M-PIC

（平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施連接）

旨在讓HPM與平臺(tái)和機(jī)箱基礎(chǔ)設(shè)施連接所需的組件（包括冷卻、配電和網(wǎng)絡(luò)）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，簡(jiǎn)化模塊之間的通信，進(jìn)一步提高資源利用和管理效率。

M-CRPS

（公共冗余電源）

指定了內(nèi)部冗余電源的要求，在數(shù)據(jù)中心和供應(yīng)商之間實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，以提高數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的整體穩(wěn)定性和正常運(yùn)行時(shí)間，保護(hù)關(guān)鍵操作免受潛在干擾的影響。

M-SIF

（共享基礎(chǔ)設(shè)施）

提高可容納多個(gè)可維修模塊的共享基礎(chǔ)設(shè)施外殼的互操作性，包括主機(jī)處理器模塊 (HPM)、數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)和計(jì)算模塊 (DC-SCM) 以及其他外圍設(shè)備。

由上述DC-MHS項(xiàng)目不難看出，這些全新的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的設(shè)計(jì)思路，也為連接器廠商提供了巨大的商機(jī)。而想要在這個(gè)新賽道上脫穎而出，就要求連接器廠商找到創(chuàng)新之道——要么在原有產(chǎn)品上精益求精，通過(guò)改良和升級(jí)去適應(yīng)開(kāi)放計(jì)算架構(gòu)的新要求；要么通過(guò)大膽的創(chuàng)新，基于標(biāo)準(zhǔn)打造全新的解決方案。

而無(wú)論采用那種方式，面向新一代開(kāi)放計(jì)算架構(gòu)的連接器，都要在以下幾個(gè)方面體現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)：

1支持更高的性能，如更高數(shù)據(jù)傳輸速率（信號(hào)連接器）或更大的載流能力（電源連接器），能夠跟上快速迭代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)奏。

2實(shí)現(xiàn)小型化和高集成，在單位空間內(nèi)提供更高密度的連接。除了進(jìn)一步壓縮針腳間距等舉措，在單一封裝中提供多種功能的混合連接，也是一種重要的技術(shù)思路。

3高度模塊化、易于擴(kuò)展和維護(hù)，有利于支持多場(chǎng)景應(yīng)用，以及數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴(kuò)展的需求，而盡可能減少額外的定制成本。

賦能開(kāi)放計(jì)算的連接器

按照上面的設(shè)計(jì)要求，在OCP開(kāi)放計(jì)算硬件互連的賽道上，競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)展開(kāi)。伴隨著OCP標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)和市場(chǎng)的發(fā)展，不少創(chuàng)新的連接器產(chǎn)品和方案也已經(jīng)走到了我們的面前。

針對(duì)OCP DC-MHS中的M-FLW（模塊硬件系統(tǒng)全寬）規(guī)范，Amphenol Communications Solutions (以下簡(jiǎn)稱(chēng)ACS) 推出了全新的Multi-Trak連接器，作為DC-MHS高速內(nèi)部I/O解決方案。

這是一款組合連接器，由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)MCIO連接器、12針邊帶（SB）和4針電源裝置組成，集電源和信號(hào)傳輸功能于一身，在緊湊的空間，實(shí)現(xiàn)高密度、多功能的連接。

圖1：Multi-Trak高速互連解決方案

（圖源：ACS）

Multi-Trak連接器間距為0.60毫米，其所用封裝形式可以支持PCIe? Gen 5標(biāo)準(zhǔn)的高速信號(hào)傳輸，并且可以滿(mǎn)足新一代PCIe Gen 6高速傳輸標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)現(xiàn)64Gbps PAM4的傳輸速率。與傳統(tǒng)PCB布線方法相比，Multi-Trak連接器可支持更長(zhǎng)的信號(hào)路徑，同時(shí)保持SI性能。此外，該連接器解決方案支持高達(dá)21A的電源電流，可以選擇對(duì)邊帶和電源裝置進(jìn)行模塊化擴(kuò)展。

圖2：Multi-Trak連接器結(jié)構(gòu)圖

（圖源：ACS）

Multi-Trak連接器符合SFF-TA-1033標(biāo)準(zhǔn)和OCP-MHS規(guī)范。由于采用了模塊化的設(shè)計(jì)，其可通過(guò)進(jìn)一步擴(kuò)展，支持卡緣和電纜連接，以適應(yīng)多樣性的互連應(yīng)用的需求。

圖3：Multi-Trak連接器支持可擴(kuò)展的應(yīng)用場(chǎng)景

（圖源：ACS）

總的來(lái)看，Multi-Trak連接器能夠提供新一代數(shù)據(jù)中心所需的高性能，且具有高度模塊化、極強(qiáng)的擴(kuò)展性和易于維修等優(yōu)勢(shì)，可以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的靈活性。這也決定了此款解決方案具有很高的性?xún)r(jià)比，有助于開(kāi)發(fā)者節(jié)省材料成本，并能夠支持未來(lái)的系統(tǒng)升級(jí)和擴(kuò)展。

再有，由于符合OCP相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，Multi-Trak連接器可以很好地契合開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)下不斷發(fā)展的設(shè)計(jì)需求，在通信和數(shù)據(jù)應(yīng)用、商業(yè)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和高端計(jì)算系統(tǒng)等領(lǐng)域找到市場(chǎng)著力點(diǎn)，可謂是賦能開(kāi)放計(jì)算的標(biāo)桿性的互連解決方案。

表1：Multi-Trak連接器特性和優(yōu)點(diǎn)

（資料來(lái)源：ACS）

本文小結(jié)

智能化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)，讓我們對(duì)數(shù)據(jù)資源的依賴(lài)度越來(lái)越大，而ChatGPT等生成型AI的興起，更是令處理數(shù)據(jù)所需計(jì)算資源的需求持續(xù)快速攀升。通過(guò)OPC等開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目重構(gòu)未來(lái)的數(shù)據(jù)中心，無(wú)疑是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的良方。

在這個(gè)“重構(gòu)”的過(guò)程中，硬件互連顯然是一個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，這為連接器廠商提供了巨大的市場(chǎng)機(jī)遇，當(dāng)然也是一次比拼實(shí)力的創(chuàng)新大挑戰(zhàn)。

Multi-Trak連接器，就是ACS在這場(chǎng)開(kāi)放計(jì)算互連創(chuàng)新中打造出的標(biāo)桿性的產(chǎn)品。從中也能窺見(jiàn)開(kāi)放計(jì)算趨勢(shì)下的連接器技術(shù)創(chuàng)新之道。

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