數據中心不斷擴張，如何應對布線的挑戰(zhàn)？

  數據量增長不斷推動數據中心變革

  正如大家所知，技術正在不斷驅動數據中心的變革。帶來這一變革的驅動因素是什么?2017年，近2.5億用戶首次登錄互聯(lián)網，而這一數量在2018年又增長了7%。每秒中就有11個新用戶在看社交媒體，人均每天花在網上的時間約6個小時。

       而數據中心不斷變革的原因其實很簡單，就是為了“利潤”!現(xiàn)在，幾乎所有公司都有了自己的官網，而2017年電子商務幫助企業(yè)獲得了近1.5萬億美元。但是，如果你的網站加載時間超過三秒，你可能會失去近四分之一的訪問者。僅一秒鐘的延遲就能損失11%的頁面瀏覽量和7%的商機!

       因此，服務器計算速度在過去數年中不斷增長，且在未來還將繼續(xù)增長。服務器計算速度也推動了收發(fā)器的銷售和發(fā)展。你可以從圖1中看到，1G連接迅速成為過去，10G也很快就會消失。25G收發(fā)器目前在市場上立足，但是在未來幾年將會被50G收發(fā)器取代。此外，許多超大型和云數據中心預計在未來幾年將采用100 G的服務器端口速度。這些更高的服務器速度可以由2芯或8芯并行光學收發(fā)器來實現(xiàn)40G、100G 、200G和400G通道速率。

圖 1. 全球服務器出貨量(source： Dell’Oro Group)

       通過不同的技術實現(xiàn)更高的傳輸速率

       收發(fā)器制造商使用幾種不同的技術來實現(xiàn)傳輸速率的增長。

       第一種是增加波特率，但這個方法適用于低數據速率。在更高的數據速率傳輸時，信噪比便成為較難解決的問題。

       第二種方法是增加光纖的數量。將2芯擴展至8芯。

       第三種方法是，使用多個源和多路復用信號，通常被稱為波分復用或解復用。

       第四種方法是改變調制的格式，使用脈沖幅度調制(PAM4)來實現(xiàn)更高的數據率。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?下面我們將從價格、功耗、密度、和靈活性幾個方面來討論。

       首先，2芯雙工收發(fā)器，必須開發(fā)新組件來實現(xiàn)更高的數據速率，而并行光學收發(fā)器則可以利用現(xiàn)有技術構建下一代收發(fā)器。同時，并行光學收發(fā)器可以使用4個無冷卻激光發(fā)射器或者1個激光發(fā)射器搭配波導和調節(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，耗電量是數據中心最大的運營費用，因此，采用低能耗的產品解決方案將有助于降低運營成本。一個10 G收發(fā)器的功率低于1W，而一個40G并行光學收發(fā)器的功耗為1.5W。一個40G收發(fā)器相當于4個10G收發(fā)器，但是耗電量卻減少了60%!而且冷卻系統(tǒng)同樣需要耗費電力。所以電子設備的節(jié)能也將帶來冷卻系統(tǒng)的節(jié)能，從而實現(xiàn)整體的電力節(jié)省。

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

       而為了實現(xiàn)以上這些成本的節(jié)約，結構化布線系統(tǒng)必須支持8芯連接!使用base-8結構化布線系統(tǒng)，將使布線系統(tǒng)更加靈活，升級更高數據速率的網絡也將更加平滑，大部分原有的光纖配件和轉換器模塊都可以繼續(xù)使用。

       Base-8結構化

       布線部署結構化布線并不是一個新概念。數據中心正在不斷地從以往的臨時連接，轉向預端接主干光纜等多纖連接器。數據中心光纖布線系統(tǒng)通常采用12到144芯MTP/MPO預端接光纜作為主干光纜。但不斷增長的數據中心規(guī)模和網絡架構的演變，需要更高芯數的光纜來支持，比如288，432，甚至576芯光纜。高芯數纜的使用可以大大增加在有限的橋架空間內部署光纜的密度。同時由于減少纜的數量，從而減少部署時間，降低了安裝成本。

       圖4描繪了3種不同芯數光纜的部署場景，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4，440芯

       采用95 x 144芯MTP光纜部署，總芯數13，680芯

       采用56 x 288芯MTP光纜部署，總芯數16，128芯

圖 4：采用不同芯數纜在線槽(12” x 6”)內的填充率

       數據中心規(guī)模逐漸擴大，單個建筑已無法滿足超大型數據中心的需求。超大型數據中心往往包括多個建筑，園區(qū)網絡環(huán)境要求布線基礎設施包括高芯數預鏈接光纜或普通光纜作為主干。這些主干光纜芯數需求有時甚至超過864，高達1728或3456芯光纖。

       結構化布線方案

       滿足高芯數部署需求，有多種解決方案，而這些方案都將使用多芯連接器MTP/MPO。這些連接器能帶來更快的安裝時間，并提供從2芯收發(fā)器向8芯收發(fā)器演進的路徑。利用結構化布線和多芯連接器能夠實現(xiàn)分離式的部署，從而降低總擁有成本。

       1.高芯數MTP/MPO主干纜

       在同一個機房內部署主干纜時，例如從MDA連接至HAD或EDA區(qū)域。MTP預端接主干纜是解決高芯數光纜部署的一個關鍵的組件，同時也是性價比最優(yōu)的解決方案。并可實現(xiàn)未來平滑遷移至40/100/200/400GbE傳輸系統(tǒng)。另外，安裝MTP光纖預端接主干，終端可以是單個MTP端口，也可以是MTP-LC模塊。

圖 5：高芯數預端接纜 (432-芯 MTP-to-MTP )

       2.高芯數MTP/MPO尾纖主干纜

       尾纖主干纜有兩種應用場景：

       1)當光纜路由需要通過較小管道時，且管道尺寸較小不允許MTP接頭安全通過。

       2)當部署預端接光纜時，不確定光纜部署的具體長度和路徑，或有分支需求。

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

       3.高芯數光纜

       某些應用和部署場景可能需要超高芯數光纜。例如當部署864、1728和3456芯光纜時，將會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、尾纖盒等進行端接。與MTP預端接光纜相比，該類型光纜可能導致部署時間的增加。因為光纜末端現(xiàn)場端接需要大量時間，同時光學性能可能不如工廠預端接光纜。

圖 6：3456芯超高芯數光纜

       總結

       這里我們討論了許多話題，當規(guī)劃一個新的數據中心時，數據中心的管理者必須考慮其規(guī)模的持續(xù)增長，設備端口帶寬的升級、網絡架構的變化等因素，這些都將具有挑戰(zhàn)性。

  來源：康寧光纖通信市場部