本文作者：JAMES YOUNG

談到數(shù)據(jù)中心 (DC) 布線，關(guān)于光纖和銅纜在接入層爭(zhēng)奪霸主地位的曠日持久的戰(zhàn)斗已經(jīng)有很多報(bào)道。無(wú)論您站在辯論的哪一邊，不可否認(rèn)正在加速的變化會(huì)影響您的布線決策。

數(shù)據(jù)中心通道速度已從 40 Gbps 迅速增加到 100 GBps，甚至在大型企業(yè)和基于云的數(shù)據(jù)中心達(dá)到 400 GBps。

在更強(qiáng)大的 ASIC 的推動(dòng)下，交換機(jī)已成為數(shù)據(jù)中心的主力，因此網(wǎng)絡(luò)管理員必須決定如何以最有效的方式從交換機(jī)到服務(wù)器，突破和提供更高的數(shù)據(jù)容量。

唯一沒(méi)有太大改變的是對(duì)降低功耗的不懈關(guān)注。

在本文中，我們將了解數(shù)據(jù)中心的趨勢(shì)和變化如何改變銅纜和光纖之間的平衡，以及它對(duì)當(dāng)今大型企業(yè)和基于云的設(shè)施的意義。

今天，光纖用于整個(gè) DC 網(wǎng)絡(luò)，但設(shè)備分布區(qū)域 (EDA) 中的機(jī)柜內(nèi)交換機(jī)到服務(wù)器連接除外。目前，在櫥柜內(nèi)，銅繼續(xù)蓬勃發(fā)展。

銅通常被認(rèn)為便宜且可靠，非常適合短的架頂式交換機(jī)連接和小于約 50 GBps 的應(yīng)用。

然而，也許是時(shí)候繼續(xù)前進(jìn)了。

銅在數(shù)據(jù)中心的消亡由來(lái)已久，而且是可以預(yù)見(jiàn)的。它的有用距離不斷縮小，復(fù)雜性的增加使得銅纜難以與光纖成本的持續(xù)改進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)。

盡管如此，舊媒體還是成功地堅(jiān)持了下來(lái)。然而，數(shù)據(jù)中心的趨勢(shì)——更重要的是，對(duì)更快吞吐量和設(shè)計(jì)靈活性的需求——可能最終標(biāo)志著數(shù)據(jù)中心雙絞線銅線的終結(jié)。

銅的生存面臨的兩個(gè)最大威脅是距離限制和快速增長(zhǎng)的電力需求——在一個(gè)電力預(yù)算非常關(guān)鍵的世界里。

隨著速度的提高，通過(guò)銅線發(fā)送電信號(hào)變得更加復(fù)雜。電傳輸速度受到 ASIC 功能的限制，即使是很短的距離也需要更多的功率。

這些問(wèn)題甚至?xí)绊懚叹嚯x直接連接電纜 (DAC) 的效用。替代光纖技術(shù)在降低成本、功耗和操作簡(jiǎn)便性方面變得引人注目。

隨著交換機(jī)容量的增長(zhǎng)，銅線的距離問(wèn)題成為一個(gè)明顯的挑戰(zhàn)。

單個(gè) 1U 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)現(xiàn)在支持多個(gè)服務(wù)器機(jī)架——而且，在當(dāng)今應(yīng)用程序所需的更高速度下，銅線甚至無(wú)法跨越這些更短的距離。

因此，數(shù)據(jù)中心正在擺脫傳統(tǒng)的架頂式設(shè)計(jì)，并部署更高效的行中或行尾交換機(jī)部署和結(jié)構(gòu)化布線設(shè)計(jì)。

在 10G 以上的速度下，由于設(shè)計(jì)限制，雙絞線銅纜（例如，UTP/STP）部署實(shí)際上已經(jīng)停止。

銅質(zhì)鏈路從鏈路的每一端獲取電力以支持電信號(hào)。今天的 10G 銅線收發(fā)器的最大功耗為 3-5 瓦[i]。雖然這比用于 DAC 的收發(fā)器低約 0.5-1.0 W（見(jiàn)下文），但它的功率幾乎是多模光纖收發(fā)器的 10 倍。

在成本抵消產(chǎn)生的額外熱量的因素中，銅的運(yùn)營(yíng)成本很容易是光纖的兩倍。銅的功率差異超出了網(wǎng)絡(luò)電纜——它同樣適用于交換機(jī)內(nèi)部的銅跡線。從頭到尾，這些能量損失加起來(lái)。

盡管數(shù)據(jù)中心中仍有一些人仍然提倡使用銅，但證明繼續(xù)使用銅的正當(dāng)性正在成為一場(chǎng)難以應(yīng)對(duì)的艱苦戰(zhàn)斗。考慮到這一點(diǎn)，讓我們看看一些替代方案。

有源和無(wú)源銅纜 DAC 已介入將服務(wù)器連接到交換機(jī)。DAC 布線是一種特殊形式的雙絞線。該技術(shù)由屏蔽銅電纜組成，兩端帶有插入式收發(fā)器式連接器。

無(wú)源 DAC 利用主機(jī)提供的信號(hào)，而有源 DAC 使用內(nèi)部電子器件來(lái)增強(qiáng)和調(diào)節(jié)電信號(hào)。這使電纜能夠在更長(zhǎng)的距離上支持更高的速度，但它也消耗更多的功率。

有源和無(wú)源 DAC 被認(rèn)為是廉價(jià)的。盡管如此，作為基于銅的介質(zhì)，距離衰減的限制仍然是該技術(shù)未來(lái)的重大障礙?？紤]到新開(kāi)關(guān)可以替代多個(gè) TOR 開(kāi)關(guān)（從而節(jié)省大量資金和電力），DAC 可能不是表面上看起來(lái)的低成本解決方案。

有源光纜 (AOC) 是有源和無(wú)源 DAC 的升級(jí)版，帶寬性能高達(dá) 400 Gbps。此外，作為一種光纖介質(zhì)，AOC 比銅更輕且更易于處理。

然而，這項(xiàng)技術(shù)有一些嚴(yán)重的局限性。

AOC 電纜必須按長(zhǎng)度訂購(gòu)，然后在每次 DC 提高速度或更換開(kāi)關(guān)平臺(tái)時(shí)更換。每個(gè) AOC 都是一個(gè)完整的組件（DAC 也是如此），因此——如果任何組件出現(xiàn)故障——必須更換整個(gè)組件。與提供最大靈活性和操作簡(jiǎn)便性的光收發(fā)器和結(jié)構(gòu)化布線相比，這是一個(gè)缺點(diǎn)。

也許更重要的是，AOC 和 DAC 布線都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)解決方案。因此，它們存在于結(jié)構(gòu)化布線網(wǎng)絡(luò)之外——使擴(kuò)展、管理和整體運(yùn)營(yíng)效率變得更加困難。

其次，作為固定布線解決方案，AOC 和 DAC 無(wú)法支持?jǐn)?shù)據(jù)中心支持更高容量服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)和實(shí)施新的、更高效的服務(wù)器行設(shè)計(jì)所需的靈活性。此外，每次提高速度或更換開(kāi)關(guān)時(shí)，都必須更換 AOC 和 DAC。

同時(shí)，可插拔光收發(fā)器繼續(xù)改進(jìn)以利用開(kāi)關(guān)技術(shù)的增強(qiáng)功能。

過(guò)去，帶有四個(gè)通道的單個(gè)收發(fā)器（又名四通道小型可插拔 [QSFP]）使 DC 管理器能夠?qū)⑺膫€(gè)服務(wù)器連接到單個(gè)收發(fā)器。

與基于雙工端口的交換機(jī)相比，這導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)成本估計(jì)降低了 30%（并且可以說(shuō)功耗降低了 30%）。

較新的交換機(jī)每個(gè)收發(fā)器連接八臺(tái)服務(wù)器，成本和功耗降低了一倍。更好的是，當(dāng)增加結(jié)構(gòu)化布線的靈活性時(shí)，整體設(shè)計(jì)變得可擴(kuò)展。

為此，IEEE 引入了 P802.3.cm 標(biāo)準(zhǔn)并正在研究 P802.3.db，該標(biāo)準(zhǔn)旨在定義為將服務(wù)器連接到交換機(jī)而構(gòu)建的收發(fā)器。

仍處于早期階段，共同封裝光學(xué)器件 (CPO) 將電光轉(zhuǎn)換引擎移動(dòng)到更靠近 ASIC 的位置——消除了開(kāi)關(guān)中的銅跡線。

這個(gè)想法是消除與開(kāi)關(guān)內(nèi)的短銅鏈路相關(guān)的電損耗，以實(shí)現(xiàn)更高的帶寬和更低的功耗。

該技術(shù)的支持者認(rèn)為，這是遷移到下一代平臺(tái)和更高速度同時(shí)保持可承受的功率預(yù)算的最佳方式。他們的目標(biāo)是從網(wǎng)絡(luò)鏈路中移除最后幾英寸的銅線，以實(shí)現(xiàn) DC 網(wǎng)絡(luò)所需的全光、ASIC 到 ASIC 效率。

這是一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)，需要全行業(yè)的協(xié)作和新標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確?；ゲ僮餍?。

向800G和1.6T進(jìn)軍將繼續(xù)；如果該行業(yè)有機(jī)會(huì)滿足客戶對(duì)帶寬、延遲、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化等方面的期望，就必須這樣做。

同時(shí)，數(shù)據(jù)中心必須具有靈活性，能夠以運(yùn)營(yíng)和財(cái)務(wù)上有意義的方式從更高容量的交換機(jī)中分流和分配流量。

這表明更多的布線和連接解決方案可以支持各種光纖到服務(wù)器的應(yīng)用，例如全光纖結(jié)構(gòu)化布線。

目前，基于IEEE 以太網(wǎng)路線圖 ，16芯光纖基礎(chǔ)設(shè)施可以提供一條通向更高速度的干凈路徑，同時(shí)有效利用可用帶寬。使用16芯設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化布線還使我們能夠突破容量，因此單個(gè)交換機(jī)可以支持192臺(tái)服務(wù)器。

在延遲和成本節(jié)約方面，收益是顯著的。在康普，這是我們從大型企業(yè)和云數(shù)據(jù)中心客戶那里看到和聽(tīng)到的。他們中的大多數(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)臨界點(diǎn)，并且正在全力以赴，因?yàn)樗麄兛吹搅顺笠?guī)模并意識(shí)到即將發(fā)生的事情。

最簡(jiǎn)潔的答案是不。對(duì)于較小的數(shù)據(jù)中心，將繼續(xù)存在某些低帶寬、短距離的應(yīng)用，其中銅的低價(jià)位超過(guò)了其性能限制。

CPO和前面板可插拔收發(fā)器也可能發(fā)揮作用。根本沒(méi)有一種萬(wàn)能的解決方案。

話雖如此，對(duì)于想知道是否是時(shí)候逐步淘汰銅并準(zhǔn)備全部使用光纖的人來(lái)說(shuō)，這里有一些建議。用美國(guó)記者和作家DamonRunyon的話來(lái)說(shuō)，“比賽并不總是以迅捷之勢(shì)或強(qiáng)者之戰(zhàn)，但它肯定是下注的方式?！?/p>

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