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“连接优先”设计对当今复杂的数据中心至关重要

作者:Vivek Shah
新产品开发总监

退一步全面审视数据中心,而不仅仅是从相关的“技术”角度出发,这在很大程度上有助于我们理解连接性如何以及为何至关重要。从全局的角度看问题,还可以发现从数据中心设计之初,就需要将连接性纳入设计考虑因素。世界上最大的超级计算机需要可靠、稳定地实现高速和高性能,因此,探索“互联”作为所有连接和电力传输的道路所发挥的作用比以往任何时候都更为重要。

从根本上说,数据中心的功能是存储和管理对企业持续运营至关重要的最关键资源。因此,可靠性、效率和安全性通常是重中之重。但在匆忙完成设计的过程中,数据中心的整个互联形式和功能(包括电源)往往会被忽视。而这可能是一个严重的错误,因为当下游出现问题时,由于已经成立的限制性因素,解决方法会更加有限。对于大多数设计和部署过大规模数据中心的人来说,这就是现实: 在数据中心设计中,不能在事后才考虑互联问题。

时代已经发生了变化,快速发展的数据通信领域对提高吞吐量和带宽的需求也在持续不断地增长。从 40-50 年的角度来看,摩尔定律已经放缓。原来认为芯片上的晶体管数量每两年翻一番的观点现在必须进行调整,因为芯片级的几何结构遇到了 7 纳米及以下架构的挑战。

业界的应对之策是在延续摩尔定律的同时,通过这些系统之间的互联,使所涉及的系统数量成倍增加,并重新达到通常预期的单芯片所实现的性能水平。

这样有什么好处? 互联在数据中心设计中发挥着更加重要的作用。例如,巧妙的互连设计意味着,无论是在机架内使用无源 DAC 进行连接,还是使用有源电缆或光学器件连接多个机架,都可以通过相同的系统设计实现短距离和长距离连接。

冗余成为关键因素

众所周知,如果一个系统出现故障,系列系统的继续运行需要基于多卡或相关系统的冗余。因此,举例来说,背板连接器需要将多个线路卡插入 A1 交换机卡。

从 外部 I/O 的角度来看,这是怎么回事? 在使用双 TOR(架顶式)电缆将两个架顶式交换机连接到一台服务器的应用中,如果要保持冗余,则需要额外的功能。在这些应用中,从一开始就考虑这些连接变得越来越重要。

主要市场驱动因素

数据中心及其功能的大幅增长有许多市场驱动因素。AI(人工智能)应用是其中的“佼佼者”,它被视为自主神经系统,能自动控制随之而来的所有其他应用和设备。此外,还有 5G,它基本上可以将高速数据访问一直保持到边缘或最终用户的特定位置。

然而,在设计这些运行先进技术的复杂系统时,却很少从一开始就考虑到这些问题并将其列为优先事项,这很可能是由于很难量化“痛点”,因为一个元件对另一个元件的影响很大。架构及其相互关联性就是一个很明显的例子。架构的设计方式决定了一个数据中心是否具有成本效益。成本始终是一个关键因素!

此外,从一开始就忽视设计问题会导致延迟。要将所有这些元素正确地互连起来,就必须清楚地规划数据如何以最佳方式流经多个接线盒和系统,并尽可能地减少延迟。实际上,信号完整性的保持可以说决定了允许的最大带宽。因此,在消除延迟的“战斗”中,连接性就是“赌注”。

应对应用的多样性

应用的多样性——从支持的独特设备、可用的互连器件到最终用户面临的广泛选择,也是设计中的重要考虑因素。例如,应该使用无源 DAC 电缆还是有源电缆? 根据不同的答案,可以选择简单的线性放大器、基于重计时器的设计或光学解决方案。

这些是外部 I/O 方面的关键考虑因素,但内部 I/O 方面也有一些考虑因素,例如是否选择昂贵的印刷电路板材料,而不是使用接线盒内“BiPass”电缆等价格较低的替代品。

从技术上讲,随着信号完整性变得至关重要,数据中心和网络设计人员不能再使用廉价的印刷电路板材料。然而,性能更好的印刷电路板材料需要有一定的费用。BiPass I/O 电缆组件通过双轴电缆传输敏感的高速信号,从而降低了主印刷电路板的整体信号完整性要求。与印刷电路板材料相比,BiPass I/O 电缆组件可显著降低 ASIC 和前面板输入/输出之间的插入损耗,从而创造更大的信道边界。 

总体拥有成本 (TCO):驱动设计的因素

虽然双通道解决方案可能看起来更加直接,但它提出了一个非常棘手的问题:总体拥有成本,包括盒内和盒外的成本。至关重要的是,我们应着眼于端到端解决方案和总成本,并在此基础上展开讨论。

建议和见解——均为价值主张的一部分

这种类型的分析和建模使 Molex 莫仕能够向客户提出有效的建议,并确信我们的深入分析为支持某些产品或解决方案提供了有效的推理。

这种水平的见解得益于我们广泛的产品组合以及我们对 Open19 项目的参与,该项目旨在为数据中心服务器建立一个新的开放标准。结合核心技术,并与行业领先的科技公司合作,我们很自豪能为客户提供历经数十年打造的产品组合,这意味着我们可以指导客户进行选择,指出最佳的产品组合,从而提供最佳的数据中心设计解决方案。这包括具有匹配阻抗系统的完整端到端高性能布线,而不仅仅是提供互连方案。 

通过与客户合作克服挑战,而不是简单地提供单点产品,Molex 莫仕创造出差异化优势。我们在世界各地的现场经常看到这种情况,计划外的扩展导致电缆布线、跨越障碍物捆绑和物理障碍等实际挑战,对气流产生巨大的连锁反应,一直影响到电路板层。正因为如此,在数据中心项目之初设计好连接性是非常重要的。它使客户能够避免僵化性选择,以免在做出错误选择时需要返工,并花费大量的时间和金钱来解决难题。 连接为先的规划使数据中心的设计从一开始就为成功奠定基础。