線纜基礎設施的未來發(fā)展：數據性能要求如何塑造數據中心架構

　　數據中心的傳輸速率要求經歷了相當大的演變。業(yè)界的要求從20 Gbps、56 Gbps 達到現(xiàn)在的112 Gbps，消費者和品牌廠商期望獲得更快速、更高效的在線使用體驗，這就要求數據中心持續(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據速率攀升至 224 Gbps，數據中心的構建將必需再次改變。高速電纜，尤其是直連電纜（DAC），歷來是在機架內連接服務器的首選解決方案，它們在幫助數據中心進行快速高效的升級方面發(fā)揮著至關重要的作用。然而，隨著更高頻率要求出現(xiàn)和數據速率的逐步攀升，數據中心管理人員要求布線工具組合具備多功能性。

　　由于數據中心所要求的頻率越來越高，因此在做規(guī)劃時務必記住，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可能只可以實現(xiàn)最長1米距離的高質量數據傳輸。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 DAC 在支持即插即用升級方面的不足之處。換句話說，今天的數據中心管理人員必須在傳統(tǒng)電纜產品之外選擇連線產品，以管理不同的機架架構。數十年以來，DAC等無源電纜一直主導著機架架構方面的連接，但隨著數據行業(yè)進入下一代頻率范疇，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)展做好準備，并立即最大限度地提高數據傳輸性能。以下列出關鍵考慮因素，在選擇電纜解決方案時以滿足不斷變化之數據中心需求。

　　短距連接和功率預算：

　　DAC已成為數據中心機架內的標準連接解決方案。在56 Gbps PAM-4（一種脈沖幅度調制技術）下，DAC可以在最大3.0m空間機架內有效地連接各排服務器，但更高的數據速率會在這些無源電纜中產生數據丟失。隨著數據速率不斷攀升，DAC將會是1.0m或更小范圍應用的理想選擇，但這個長度可能不足以將架頂式（TOR）交換機與機架較低位置的服務器連接起來。

　　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據的無源解決方案。因此，除了適用于機架內部的連接之外，它們還非常適合增加功率可能會導致機架整體功耗更大的情況。

　　一個位于美國北達科他州的云運營數據中心展示了DAC電纜的實際應用。這個中心的七英尺機架設備正在嗡嗡作響地進行數據傳輸，TOR交換機則通過 DAC 電纜與下方成排設施中的每臺服務器進行通信。鑒于DAC方案的布線成本低于其他解決方案，并且不會增散熱預算，因而對于以較低頻率運行的繁忙數據中心而言，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交換機連接到機架上的所有服務器，涵蓋最頂層的服務器直到最底層的服務器。

　　隨著時間的推移，人們對于性能的預期不斷提高，數據中心也升級到112 Gbps PAM-4速率。人們仍可以使用DAC將TOR交換機連接到機架較高位置的服務器，但如果距離超過了2.0m，它們在較高的數據速率下會出現(xiàn)不可接受的數據損耗水平。如今數據中心管理人員需要一種替代布線解決方案，將位置較低的服務器連接到 TOR交換機，同時保持可接受的性能水平。

　　底線：DAC不會增加功率預算，它是最長3.0m長度機架內56 Gbps PAM-4 應用的可行選擇。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提供了功能強大的解決方案，它的數據丟失幾乎為零，并且電纜直徑更小，為超過2.0m 以上數據傳輸長度應用創(chuàng)造了更好的電纜選擇。

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

　　上述北達科他州云運營數據中心的管理人員已將 AEC 添加到其升級至 112 Gbps PAM-4數據傳輸的布線組件選項中。他們的機架現(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據中心提供兩全其美的優(yōu)勢。DAC仍然是將TOR交換機連接到較高位置服務器的最佳成本效益方式，但數據丟失問題阻礙它們用于連接機架下方較遠位置的服務器。AEC相比光纖電纜價格便宜，并且提供了從機架頂部到底部的無損連接。隨著數據速率繼續(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傳輸長度機架中，AEC是實現(xiàn)各行服務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。當數據通過AOC時，幾乎沒有數據丟失。而且，鑒于這種結構，AOC能夠在更長的連接長度上可靠地傳輸數據——事實上，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原始銅纜成本的10倍，但這些光纖電纜非常適合機架至機架，以及服務器行至行的連接，尤其是在性能閾值要求嚴苛，電纜連接距離很長的大型數據中心。這意味著在機架內連接各行的服務器時，使用AOC沒有經濟效益，而DAC和AEC電纜是在經濟方面更合適的選擇。

　　我們示例中提及的北達科他州云運營數據中心現(xiàn)在將 AOC 用于更長距離應用 （》7.0m），例如連接TOR行尾交換機。在112 Gbps PAM-4 甚至更高數據速率下，AOC不會出現(xiàn)數據丟失問題。北達科他州設施還使用光纖連接位于德克薩斯州和弗吉尼亞州的數據中心，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據中心。

　　底線：AOC及其強大的光纖功能同時為服務器行至行和數據中心至數據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用而設計，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 400 Gbps 的數據速率，具有各種長度或定制選項，以實現(xiàn)更大的設計靈活性。

　　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)標準連接器和籠子兼容。

　　AEC 112 Gbps PAM-4 解決方案

　　對帶寬密集型、數據驅動的服務的需求猛增，推動了計算、數據存儲和網絡功能的增長。為響應更高的帶寬需求，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大至 5米。

　　隨著數據速率要求的提高，信號損耗也成為設計問題。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。當需要超過 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 5.0 至 7.0m 的長度下，由于箱內信號損

　　失造成的限制也會顯著減輕。

　　隨著速度和功能的提高，熱管理對電信和網絡 OEM 來說變得更具挑戰(zhàn)性，需要將機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，從而降低機箱前部的氣流阻抗。

　　數據中心管理人員通常需要超過 2.0米長度的電纜才能到達機箱之間，但較長的長度會產生更大的損耗。AEC 112 Gbps PAM4 解決方案使外部長度可達 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)光學模塊的成本優(yōu)勢。此外，AOC 可以通過廣泛的標準 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 （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)議應用程序兼容。

　　作者：

　　Molex莫仕銅纜解決方案產品開發(fā)經理：Chris Kapuscinski

　　Molex莫仕I/O解決方案總經理：Chad Jameson