线缆基础设施的未来发展：数据性能要求如何塑造数据中心架构

数据中心的传输速率要求经历了相当大的演变。业界的要求从20 Gbps、56 Gbps 达到现在的112 Gbps，消费者和品牌厂商期望获得更快速、更高效的在线使用体验，这就要求数据中心持续变革。而且，这种状况在未来并没有放缓的迹象。

随着业界期待工作频率再次跃升和数据速率攀升至 224 Gbps，数据中心的构建将必需再次改变。高速电缆，尤其是直连电缆(DAC)，历来是在机架内连接服务器的首选解决方案，它们在帮助数据中心进行快速高效的升级方面发挥着至关重要的作用。然而，随着更高频率要求出现和数据速率的逐步攀升，数据中心管理人员要求布线工具组合具备多功能性。

由于数据中心所要求的频率越来越高，因此在做规划时务必记住，随着每一次频率提高而需要使用哪些电缆。DAC的连接长度容量会一次次地缩短。例如，在224Gbps下，DAC可能只可以实现最长1米距离的高质量数据传输。为了支持更长的桥接长度，有源电缆(AEC)和有源光缆(AOC)必须填补 DAC 在支持即插即用升级方面的不足之处。换句话说，今天的数据中心管理人员必须在传统电缆产品之外选择连线产品，以管理不同的机架架构。数十年以来，DAC等无源电缆一直主导着机架架构方面的连接，但随着数据行业进入下一代频率范畴，有源电缆不仅变得更受欢迎，而且必不可少

为了针对未来发展做好准备，并立即最大限度地提高数据传输性能。以下列出关键考虑因素，在选择电缆解决方案时以满足不断变化之数据中心需求。

短距连接和功率预算:

DAC已成为数据中心机架内的标准连接解决方案。在56 Gbps PAM-4(一种脉冲幅度调制技术)下，DAC可以在最大3.0m空间机架内有效地连接各排服务器，但更高的数据速率会在这些无源电缆中产生数据丢失。随着数据速率不断攀升，DAC将会是1.0m或更小范围应用的理想选择，但这个长度可能不足以将架顶式(TOR)交换机与机架较低位置的服务器连接起来。

由于DAC的电缆组件中没有电子器件，它提供了一种可以直接传递数据的无源解决方案。因此，除了适用于机架内部的连接之外，它们还非常适合增加功率可能会导致机架整体功耗更大的情况。

一个位于美国北达科他州的云运营数据中心展示了DAC电缆的实际应用。这个中心的七英尺机架设备正在嗡嗡作响地进行数据传输，TOR交换机则通过 DAC 电缆与下方成排设施中的每台服务器进行通信。鉴于DAC方案的布线成本低于其他解决方案，并且不会增散热预算，因而对于以较低频率运行的繁忙数据中心而言，DAC是很好的解决方案。此外，在56 Gbps PAM-4传输下，DAC可以有效地将TOR交换机连接到机架上的所有服务器，涵盖最顶层的服务器直到最底层的服务器。

随着时间的推移，人们对于性能的预期不断提高，数据中心也升级到112 Gbps PAM-4速率。人们仍可以使用DAC将TOR交换机连接到机架较高位置的服务器，但如果距离超过了2.0m，它们在较高的数据速率下会出现不可接受的数据损耗水平。如今数据中心管理人员需要一种替代布线解决方案，将位置较低的服务器连接到 TOR交换机，同时保持可接受的性能水平。

底线：DAC不会增加功率预算，它是最长3.0m长度机架内56 Gbps PAM-4 应用的可行选择。在112 Gbps PAM-4下，它们在 0.5 到 1.0m 传输连接长度仍然有效。

填补空白：有源电缆

针对112 Gbps PAM-4下DAC方案连接长度不足的情况，AEC提供了功能强大的解决方案，它的数据丢失几乎为零，并且电缆直径更小，为超过2.0m 以上数据传输长度应用创造了更好的电缆选择。

AEC中内置的重定时器可在入口和出口位置清洁信号。数据进入电缆，重定时器(Re-timers)则对其进行修复，消除噪声并放大信号。当数据离开电缆时，则再次进行相同的操作过程。与DAC相比，AEC可在更长的距离上“更清洁”地传输数据，而且，其价格低于AOC组件。

上述北达科他州云运营数据中心的管理人员已将 AEC 添加到其升级至 112 Gbps PAM-4数据传输的布线组件选项中。他们的机架现在使用DAC和AEC组件的组合，从而有效地为全新的更高功能和更高频率数据中心提供两全其美的优势。DAC仍然是将TOR交换机连接到较高位置服务器的最佳成本效益方式，但数据丢失问题阻碍它们用于连接机架下方较远位置的服务器。AEC相比光纤电缆价格便宜，并且提供了从机架顶部到底部的无损连接。随着数据速率继续提高，AEC在DAC和AOC之间提供了理想的中间部分电缆选择。

底线：在最长7.0m传输长度机架中，AEC是实现各行服务器之间清洁的高速连接的绝佳选择。尽管它们使用了电力，但其小直径尺寸帮助改善了气流。

克服传输距离问题：光纤

AOC则是另一个重要的选择，使用了可以清洁信号且几乎无损的光纤电缆。当数据通过AOC时，几乎没有数据丢失。而且，鉴于这种结构，AOC能够在更长的连接长度上可靠地传输数据——事实上，这些距离可以以公里为单位来度量。

在可用的三种线缆选项中，AEC相比DAC成本昂贵，而AOC则是三种类型中最昂贵的。虽然在许多案例中，升级到光纤的成本可能高达原始铜缆成本的10倍，但这些光纤电缆非常适合机架至机架，以及服务器行至行的连接，尤其是在性能阈值要求严苛，电缆连接距离很长的大型数据中心。这意味着在机架内连接各行的服务器时，使用AOC没有经济效益，而DAC和AEC电缆是在经济方面更合适的选择。

我们示例中提及的北达科他州云运营数据中心现在将 AOC 用于更长距离应用 (>7.0m)，例如连接TOR行尾交换机。在112 Gbps PAM-4 甚至更高数据速率下，AOC不会出现数据丢失问题。北达科他州设施还使用光纤连接位于德克萨斯州和弗吉尼亚州的数据中心，并且，这种长距离连接态势继续向前发展，最终将会连接位于欧洲、亚洲和全球其他地方的数据中心。

底线：AOC及其强大的光纤功能同时为服务器行至行和数据中心至数据中心的连接提供了出色的解决方案。

Molex莫仕DAC组件

四通道小型可插拔双密度 (QSFP-DD) 互连解决方案专为满足高密度应用而设计，可有效利用空间、功率和端口密度。QSFP-DD/QSFP+ 具有高速 I/O 无源电缆组件，可提供高达 400 Gbps 的数据速率，具有各种长度或定制选项，以实现更大的设计灵活性。

由于创新的制造和屏蔽工艺可最大限度地减少外部和内部噪声，这些组件提供了卓越的性能和可靠性。I/O无源电缆符合IEEE802.3by、IEEE802.3bj 和 IEEE802.3cd、与行业标准连接器和笼子兼容。

AEC 112 Gbps PAM-4 解决方案

对带宽密集型、数据驱动的服务的需求猛增，推动了计算、数据存储和网络功能的增长。为响应更高的带宽需求，采用 QSFP-DD 和 OSFP 互连的有源电缆 (AEC) 解决方案作为一种新型可插拔连接，旨在以 112G PAM-4 和更高速度(端口容量介于 100和 800 Gbps)，同时在不使用光缆的情况下将覆盖范围扩大至 5米。

随着数据速率要求的提高，信号损耗也成为设计问题。工程师有多种选择，例如光连接、线性放大器和重定时器——每种选择都有其优缺点。当需要超过 1.5 到 2.0米的电缆长度时，AEC 是一个理想的选择。由于 AEC 组件中的连接器可再生信号并消除噪音，因此即使在长达 5.0 至 7.0m 的长度下，由于箱内信号损失造成的限制也会显着减轻。

 

 

随着速度和功能的提高，热管理对电信和网络 OEM 来说变得更具挑战性，需要将机箱前方繁重布线引起的空气阻抗降至最低。AEC 解决方案将电缆束尺寸最小化，从 28 到 32 AWG，从而降低机箱前部的气流阻抗。

数据中心管理人员通常需要超过 2.0米长度的电缆才能到达机箱之间，但较长的长度会产生更大的损耗。AEC 112 Gbps PAM4 解决方案使外部长度可达 5.0 至 7.0米。

AOC集成电缆解决方案

Molex 的AOC方案拥有明显优于传统光学模块的成本优势。此外，AOC 可以通过广泛的标准 MSA 连接器(包括 QSFP+、iPass+™ HD 和 CXP)与系统连接。这些电缆在电气上与 InfiniBand* FDR/DDR/QDR、以太网 (10、40 和 56 Gbps)、光纤通道(8 和 10 Gbps)、SAS 3.0 和 2.1(12 和 6 Gbps)和其他协议应用程序兼容。

作者：

 

Molex莫仕铜缆解决方案产品开发经理：Chris Kapuscinski

 

Molex莫仕I/O解决方案总经理：Chad Jameson

作为Molex的授权分销商，Heilind可为市场提供相关产品服务与支持，此外Heilind也供应多家世界顶级制造商的产品，涵盖25种不同元器件类别，并重视所有的细分市场和所有的顾客，不断寻求广泛的产品供应来覆盖所有市场。

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审核编辑 黄昊宇