線纜連接問(wèn)題 - 高速連接系統(tǒng)設(shè)計(jì)在云計(jì)算中面臨的挑戰(zhàn)

　　線纜連接問(wèn)題

　　如果用于高速連接的無(wú)源線纜受到體積龐大和彎曲半徑問(wèn)題的困擾，則光纖解決方案的問(wèn)題便是高功耗和高成本?？雌饋?lái)，似乎必須使用一種折中辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。答案就是一種被稱作“有源銅線”的技術(shù)—這是一個(gè)聰明的想法，其將一些有源元件嵌入到導(dǎo)體外殼中，以對(duì)由小標(biāo)號(hào)線引起的高頻損耗進(jìn)行補(bǔ)償。這種解決方案允許使用一些具有“光纖型”彎曲半徑和大體積且功耗較高的小標(biāo)號(hào)線。如DS100BR111等設(shè)備使用10 Gbps時(shí)每條通道的功耗一般低于65 mW，其常用于SFP+ 有源線應(yīng)用。

　　應(yīng)用于10 Gbps以太網(wǎng)時(shí)，大多數(shù)情況下這種能夠提高線纜信號(hào)完整性的技術(shù)僅限于15米以下的連線長(zhǎng)度。但是，如前所述，大多數(shù)連接線都在3米以下，可輕松地使用有源銅線替換無(wú)源或者光纖線。今天，這種方法常用于10 Gbps連接。但是，未來(lái)正快步向我們走來(lái)，即使是10 Gbps連接也將無(wú)法滿足需求。

　　在光纖連接世界里，基本上有兩種連接：1）短距離連接（小于1000 米）；2）遠(yuǎn)距離（大于1000米）通信。更長(zhǎng)的光纖連接形成我們現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的骨干網(wǎng)絡(luò)，常使用 100 Gbps WDM光纖技術(shù)。為了降低這種技術(shù)的成本，包括Google、博科通訊 （Brocade Communications）、JDSU等在內(nèi)的各大公司，于2011年3月批準(zhǔn)了一個(gè)10 x 10 Gbps多源協(xié)議 （MSA），用于物理媒介依賴（PMD）子層，其為C形狀系數(shù)（CFP）模塊提供一種通用架構(gòu)。

　　CFP連接器適用于要求100 Gbps通信的低數(shù)目/長(zhǎng)距離連接。但是，SFP和四通道SPF接口（QSFP）連接器擁有更高的密度，本地開(kāi)關(guān)和路由器均要求這種高密度。今天，通過(guò)組合四條 10 Gbps數(shù)據(jù)通道，四通道SFP連接器用于40 Gbps以太網(wǎng)。下一步的發(fā)展將是從10 Gbps轉(zhuǎn)到25 Gbps通道。它通過(guò)一些小QSFP連接器提供相當(dāng)于100 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸，并為一些不支持100 Gbps標(biāo)準(zhǔn)的40 Gbps以太網(wǎng)系統(tǒng)提供向后兼容模式。最終，這種形狀系數(shù)可用于光纖模塊，因?yàn)椴辉傩枰狢FP模塊使用的10到4通道轉(zhuǎn)換。

　　這種技術(shù)已經(jīng)數(shù)家廠商多次證明，為廣大基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)人員提供了一種轉(zhuǎn)到高速連接的路線圖。但是，開(kāi)關(guān)或者服務(wù)器背后的互連并非是出現(xiàn)這種問(wèn)題的唯一地方。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)部的各種電氣連接都存在相同的問(wèn)題。

　　距離是你的敵人

　　一個(gè)數(shù)字位的波形橫向傳輸線路和連接器，因此物理學(xué)開(kāi)始起作用，并試圖通過(guò)阻抗錯(cuò)配和相鄰?fù)ǖ来當(dāng)_引起的頻率反射型可變衰減，完全破壞原始信號(hào)。數(shù)據(jù)本身也存在問(wèn)題，因?yàn)橹鞍l(fā)送的符號(hào)干擾了傳輸中的當(dāng)前位。這被稱作符號(hào)間干擾，即ISI。信號(hào)通過(guò)ASIC到路由器或者開(kāi)關(guān)背部這段距離后，無(wú)法再辨別出這些位。抹殺無(wú)源連線無(wú)誤差位傳輸?shù)南嗤?yīng)，也在這里發(fā)揮作用。

　　以前的一些設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)ASIC使用多條慢數(shù)據(jù)通路（一般為3.125 Gbps），連接到某個(gè)物理層設(shè)備（PHY），以在SFP連接器構(gòu)建10 Gbps NRZ連接。PHY的位置非?？拷谖锢磉B接器，因此信號(hào)完整性損失得到最小化。但是，由于ASIC技術(shù)轉(zhuǎn)而使用更小的幾何外形，吸納10 Gbps接口的高速連接便成為一種內(nèi)在要求。首先，由于移除了PHY，因此這種變化可以降低電氣連接的總功耗。但是，PCB邊緣的信號(hào)完整性損失，要求更昂貴、低功耗的電路板材料，或者再使用一種有源解決方案。

　　用于抗線纜信號(hào)損失的相同設(shè)備現(xiàn)在也正用于高性能路由器、開(kāi)關(guān)和服務(wù)器內(nèi)部連接。使用低功耗緩沖中斷器和重定時(shí)器時(shí)，可使用標(biāo)準(zhǔn)FR-4 PCB材料（控制成本），并且功耗非常低。實(shí)際上，這些設(shè)備以一種類似的方式用于10 Gbps NRZ以太網(wǎng)PHY，以恢復(fù)數(shù)據(jù)和再計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，滿足連接器規(guī)范。