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高速連接系統設計在云計算中面臨的挑戰

作者: 時間:2013-12-04 來源:網絡 收藏
, arial; WHITE-SPACE: normal; ORPHANS: 2; LETTER-SPACING: normal; COLOR: rgb(0,0,0); WORD-SPACING: 0px; PADDING-TOP: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">線纜連接問題

  如果用于的無源線纜受到體積龐大和彎曲半徑問題的困擾,則光纖解決方案的問題便是高功耗和高成本。看起來,似乎必須使用一種折中辦法來解決這個問題。答案就是一種被稱作“有源銅線”的技術—這是一個聰明的想法,其將一些有源元件嵌入到導體外殼中,以對由小標號線引起的高頻損耗進行補償。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號線。如DS100BR111等設備使用10 Gbps時每條通道的功耗一般低于65 mW,其常用于SFP+ 有源線應用。

  應用于10 Gbps以太網時,大多數情況下這種能夠提高線纜信號完整性的技術僅限于15米以下的連線長度。但是,如前所述,大多數連接線都在3米以下,可輕松地使用有源銅線替換無源或者光纖線。今天,這種方法常用于10 Gbps連接。但是,未來正快步向我們走來,即使是10 Gbps連接也將無法滿足需求。

  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)遠距離(大于1000米)通信。更長的光纖連接形成我們現代互聯網基礎設施的骨干網絡,常使用 100 Gbps WDM光纖技術。為了降低這種技術的成本,包括Google、博科通訊 (Brocade Communications)、JDSU等在內的各大公司,于2011年3月批準了一個10 x 10 Gbps多源協議 (MSA),用于物理媒介依賴(PMD)子層,其為C形狀系數(CFP)模塊提供一種通用架構。

  CFP連接器適用于要求100 Gbps通信的低數目/長距離連接。但是,SFP和四通道SPF接口(QSFP)連接器擁有更高的密度,本地開關和路由器均要求這種高密度。今天,通過組合四條 10 Gbps數據通道,四通道SFP連接器用于40 Gbps以太網。下一步的發展將是從10 Gbps轉到25 Gbps通道。它通過一些小QSFP連接器提供相當于100 Gbps的數據傳輸,并為一些不支持100 Gbps標準的40 Gbps以太網系統提供向后兼容模式。最終,這種形狀系數可用于光纖模塊,因為不再需要CFP模塊使用的10到4通道轉換。

  這種技術已經數家廠商多次證明,為廣大基礎設施設計人員提供了一種轉到的路線圖。但是,開關或者服務器背后的互連并非是出現這種問題的唯一地方。服務器和網絡存儲設備內部的各種電氣連接都存在相同的問題。

  距離是你的敵人

  一個數字位的波形橫向傳輸線路和連接器,因此物理學開始起作用,并試圖通過阻抗錯配和相鄰通道串擾引起的頻率反射型可變衰減,完全破壞原始信號。數據本身也存在問題,因為之前發送的符號干擾了傳輸中的當前位。這被稱作符號間干擾,即ISI。信號通過ASIC到路由器或者開關背部這段距離后,無法再辨別出這些位。抹殺無源連線無誤差位傳輸的相同效應,也在這里發揮作用。

  以前的一些設計,開關ASIC使用多條慢數據通路(一般為3.125 Gbps),連接到某個物理層設備(PHY),以在SFP連接器構建10 Gbps NRZ連接。PHY的位置非常靠近于物理連接器,因此信號完整性損失得到最小化。但是,由于ASIC技術轉而使用更小的幾何外形,吸納10 Gbps接口的便成為一種內在要求。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。

  用于抗線纜信號損失的相同設備現在也正用于高性能路由器、開關和服務器內部連接。使用低功耗緩沖中斷器和重定時器時,可使用標準FR-4 PCB材料(控制成本),并且功耗非常低。實際上,這些設備以一種類似的方式用于10 Gbps NRZ以太網PHY,以恢復數據和再計時數據,滿足連接器規范。

達標努力

  在服務器中,包括PCI express (PCIe)在內的標準比比皆是。由于數據傳輸速率更高,內核處理器向(自)內核傳輸信息的能力,推動PCIe等標準不斷提高傳輸速度。最新的標準為第3代,其標稱擁有8 Gbps的連接速度。如前所述,在許多情況下,設備內部物理距離不變,歸因于處理器硬件、連接器數目和間隔。服務器也不例外,同樣受到信號完整性問題和功耗的困擾。前面使用第1代或者第2代PCIe的一些設計,只要小心謹慎地布局和選擇連接器,便能夠滿足操作規范。但是,隨著服務器轉向第3代,電路板材料和連接器正對信號完整性產生影響,以致于不再能夠滿足這種標準。



關鍵詞: 高速連接 云計算

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