數(shù)據(jù)中心不斷擴(kuò)張，如何應(yīng)對(duì)布線的挑戰(zhàn)？

  數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)不斷推動(dòng)數(shù)據(jù)中心變革

  正如大家所知，技術(shù)正在不斷驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心的變革。帶來(lái)這一變革的驅(qū)動(dòng)因素是什么?2017年，近2.5億用戶(hù)首次登錄互聯(lián)網(wǎng)，而這一數(shù)量在2018年又增長(zhǎng)了7%。每秒中就有11個(gè)新用戶(hù)在看社交媒體，人均每天花在網(wǎng)上的時(shí)間約6個(gè)小時(shí)。

       而數(shù)據(jù)中心不斷變革的原因其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是為了“利潤(rùn)”!現(xiàn)在，幾乎所有公司都有了自己的官網(wǎng)，而2017年電子商務(wù)幫助企業(yè)獲得了近1.5萬(wàn)億美元。但是，如果你的網(wǎng)站加載時(shí)間超過(guò)三秒，你可能會(huì)失去近四分之一的訪問(wèn)者。僅一秒鐘的延遲就能損失11%的頁(yè)面瀏覽量和7%的商機(jī)!

       因此，服務(wù)器計(jì)算速度在過(guò)去數(shù)年中不斷增長(zhǎng)，且在未來(lái)還將繼續(xù)增長(zhǎng)。服務(wù)器計(jì)算速度也推動(dòng)了收發(fā)器的銷(xiāo)售和發(fā)展。你可以從圖1中看到，1G連接迅速成為過(guò)去，10G也很快就會(huì)消失。25G收發(fā)器目前在市場(chǎng)上立足，但是在未來(lái)幾年將會(huì)被50G收發(fā)器取代。此外，許多超大型和云數(shù)據(jù)中心預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年將采用100 G的服務(wù)器端口速度。這些更高的服務(wù)器速度可以由2芯或8芯并行光學(xué)收發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)40G、100G 、200G和400G通道速率。

圖 1. 全球服務(wù)器出貨量(source： Dell’Oro Group)

       通過(guò)不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率

       收發(fā)器制造商使用幾種不同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸速率的增長(zhǎng)。

       第一種是增加波特率，但這個(gè)方法適用于低數(shù)據(jù)速率。在更高的數(shù)據(jù)速率傳輸時(shí)，信噪比便成為較難解決的問(wèn)題。

       第二種方法是增加光纖的數(shù)量。將2芯擴(kuò)展至8芯。

       第三種方法是，使用多個(gè)源和多路復(fù)用信號(hào)，通常被稱(chēng)為波分復(fù)用或解復(fù)用。

       第四種方法是改變調(diào)制的格式，使用脈沖幅度調(diào)制(PAM4)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)率。但是，不管使用哪種方法，最后所使用的光纖鏈路(如圖2)，都是2芯或8芯。

圖 2：遷移路徑

       2芯還是8芯?

       那么我們是選擇雙工(2芯)還是并行傳輸(8芯)解決方案呢?下面我們將從價(jià)格、功耗、密度、和靈活性幾個(gè)方面來(lái)討論。

       首先，2芯雙工收發(fā)器，必須開(kāi)發(fā)新組件來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，而并行光學(xué)收發(fā)器則可以利用現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)建下一代收發(fā)器。同時(shí)，并行光學(xué)收發(fā)器可以使用4個(gè)無(wú)冷卻激光發(fā)射器或者1個(gè)激光發(fā)射器搭配波導(dǎo)和調(diào)節(jié)器使用。因此，8芯并行鏈路不僅便宜而且整體功耗也較低。

圖3：并行收發(fā)器功耗和成本較低

       其次，耗電量是數(shù)據(jù)中心最大的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，因此，采用低能耗的產(chǎn)品解決方案將有助于降低運(yùn)營(yíng)成本。一個(gè)10 G收發(fā)器的功率低于1W，而一個(gè)40G并行光學(xué)收發(fā)器的功耗為1.5W。一個(gè)40G收發(fā)器相當(dāng)于4個(gè)10G收發(fā)器，但是耗電量卻減少了60%!而且冷卻系統(tǒng)同樣需要耗費(fèi)電力。所以電子設(shè)備的節(jié)能也將帶來(lái)冷卻系統(tǒng)的節(jié)能，從而實(shí)現(xiàn)整體的電力節(jié)省。

       最后，在高密度解決方案中，利用并行光學(xué)鏈接有助于降低總擁有成本。一個(gè)36端口高密度QSFP轉(zhuǎn)換卡，每個(gè)端口可以用作四個(gè)10G端口使用。一個(gè)QSFP轉(zhuǎn)換器，可以支持多達(dá)144個(gè)10G鏈接，能夠減少線卡的數(shù)量，減少電力供應(yīng)、冷卻設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、控制器和軟件許可證的數(shù)量!

       而為了實(shí)現(xiàn)以上這些成本的節(jié)約，結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)必須支持8芯連接!使用base-8結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)，將使布線系統(tǒng)更加靈活，升級(jí)更高數(shù)據(jù)速率的網(wǎng)絡(luò)也將更加平滑，大部分原有的光纖配件和轉(zhuǎn)換器模塊都可以繼續(xù)使用。

       Base-8結(jié)構(gòu)化

       布線部署結(jié)構(gòu)化布線并不是一個(gè)新概念。數(shù)據(jù)中心正在不斷地從以往的臨時(shí)連接，轉(zhuǎn)向預(yù)端接主干光纜等多纖連接器。數(shù)據(jù)中心光纖布線系統(tǒng)通常采用12到144芯MTP/MPO預(yù)端接光纜作為主干光纜。但不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中心規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演變，需要更高芯數(shù)的光纜來(lái)支持，比如288，432，甚至576芯光纜。高芯數(shù)纜的使用可以大大增加在有限的橋架空間內(nèi)部署光纜的密度。同時(shí)由于減少纜的數(shù)量，從而減少部署時(shí)間，降低了安裝成本。

       圖4描繪了3種不同芯數(shù)光纜的部署場(chǎng)景，占用的線槽空間是相同的

       采用370 x 12芯MTP光纜部署，總芯數(shù)4，440芯

       采用95 x 144芯MTP光纜部署，總芯數(shù)13，680芯

       采用56 x 288芯MTP光纜部署，總芯數(shù)16，128芯

圖 4：采用不同芯數(shù)纜在線槽(12” x 6”)內(nèi)的填充率

       數(shù)據(jù)中心規(guī)模逐漸擴(kuò)大，單個(gè)建筑已無(wú)法滿(mǎn)足超大型數(shù)據(jù)中心的需求。超大型數(shù)據(jù)中心往往包括多個(gè)建筑，園區(qū)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求布線基礎(chǔ)設(shè)施包括高芯數(shù)預(yù)鏈接光纜或普通光纜作為主干。這些主干光纜芯數(shù)需求有時(shí)甚至超過(guò)864，高達(dá)1728或3456芯光纖。

       結(jié)構(gòu)化布線方案

       滿(mǎn)足高芯數(shù)部署需求，有多種解決方案，而這些方案都將使用多芯連接器MTP/MPO。這些連接器能帶來(lái)更快的安裝時(shí)間，并提供從2芯收發(fā)器向8芯收發(fā)器演進(jìn)的路徑。利用結(jié)構(gòu)化布線和多芯連接器能夠?qū)崿F(xiàn)分離式的部署，從而降低總擁有成本。

       1.高芯數(shù)MTP/MPO主干纜

       在同一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)部署主干纜時(shí)，例如從MDA連接至HAD或EDA區(qū)域。MTP預(yù)端接主干纜是解決高芯數(shù)光纜部署的一個(gè)關(guān)鍵的組件，同時(shí)也是性?xún)r(jià)比最優(yōu)的解決方案。并可實(shí)現(xiàn)未來(lái)平滑遷移至40/100/200/400GbE傳輸系統(tǒng)。另外，安裝MTP光纖預(yù)端接主干，終端可以是單個(gè)MTP端口，也可以是MTP-LC模塊。

圖 5：高芯數(shù)預(yù)端接纜 (432-芯 MTP-to-MTP )

       2.高芯數(shù)MTP/MPO尾纖主干纜

       尾纖主干纜有兩種應(yīng)用場(chǎng)景：

       1)當(dāng)光纜路由需要通過(guò)較小管道時(shí)，且管道尺寸較小不允許MTP接頭安全通過(guò)。

       2)當(dāng)部署預(yù)端接光纜時(shí)，不確定光纜部署的具體長(zhǎng)度和路徑，或有分支需求。

       當(dāng)安裝部署尾纖主干纜時(shí)，需要注意保護(hù)纜兩端暴露的部分，裸纖的一端可以端接快速連接器或者熔接尾纖等。

       3.高芯數(shù)光纜

       某些應(yīng)用和部署場(chǎng)景可能需要超高芯數(shù)光纜。例如當(dāng)部署864、1728和3456芯光纜時(shí)，將會(huì)面臨路由管道的挑戰(zhàn)。帶狀電纜的外徑(OD)較小，較適合部署在擁擠的管路上。

       這種纜的末端可以使用多種光纖連接器、尾纖組件、尾纖盒等進(jìn)行端接。與MTP預(yù)端接光纜相比，該類(lèi)型光纜可能導(dǎo)致部署時(shí)間的增加。因?yàn)楣饫|末端現(xiàn)場(chǎng)端接需要大量時(shí)間，同時(shí)光學(xué)性能可能不如工廠預(yù)端接光纜。

圖 6：3456芯超高芯數(shù)光纜

       總結(jié)

       這里我們討論了許多話題，當(dāng)規(guī)劃一個(gè)新的數(shù)據(jù)中心時(shí)，數(shù)據(jù)中心的管理者必須考慮其規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)，設(shè)備端口帶寬的升級(jí)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化等因素，這些都將具有挑戰(zhàn)性。

  來(lái)源：康寧光纖通信市場(chǎng)部