下一代數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施更注重?zé)峁芾淼闹匾?/h1>
編者按:高密度的 QSFP-DD 光端機(jī)可以使制造商生產(chǎn)出更具競爭力的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機(jī)和存儲產(chǎn)品,為日益提高的數(shù)據(jù)流量以及更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心與電信網(wǎng)絡(luò)提供支持,致力于為制造商帶來巨大的價(jià)值。
作者 / Joe Dambach Molex公司
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201710/370662.htm摘要:高密度的 QSFP-DD 光端機(jī)可以使制造商生產(chǎn)出更具競爭力的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機(jī)和存儲產(chǎn)品,為日益提高的數(shù)據(jù)流量以及更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心與電信網(wǎng)絡(luò)提供支持,致力于為制造商帶來巨大的價(jià)值。
圍繞著SFP、SFP+、QSFP、QSFP+ 和 zQSFP 等形形色色的小體積可插拔模塊而開發(fā)的一系列高速度高密度解決方案,在數(shù)據(jù)中心的交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備領(lǐng)域取得了極大的吸引力。隨著行業(yè)為下一代銅纜和光纜QSFP-DD收發(fā)機(jī)的發(fā)布而準(zhǔn)備就緒,熱管理策略發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。
“小”體積可插拔I/O這一名稱具有一定的迷惑性。這類體積小巧而又功能強(qiáng)大的連接器在高密度網(wǎng)絡(luò)上發(fā)揮著主要作用,可以處理手機(jī)和移動設(shè)備、流媒體內(nèi)容、數(shù)字自動化和工業(yè)傳感器、人工智能、預(yù)測分析以及一系列其他數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)。
據(jù)分析師預(yù)測,截至2020年,物聯(lián)網(wǎng)可能會連接起多達(dá)2000億臺設(shè)備(來源:IDC、英特爾、聯(lián)合國)。數(shù)據(jù)中心的增長速度異常迅猛,而不斷上升的需求以及數(shù)據(jù)量都在使密度與功率接近極限。芯片、交換機(jī)、連接器、線纜及光學(xué)模塊技術(shù)都屬于網(wǎng)絡(luò)的核心領(lǐng)域,對每一分支領(lǐng)域都產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響,一直延伸到個(gè)人與企業(yè),在這類環(huán)境下,延遲或停機(jī)都會很快導(dǎo)致營收和商業(yè)機(jī)會上遭受多達(dá)數(shù)百萬美元的損失。
如果沒有所需的關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施來為未來的數(shù)據(jù)速率提供支持,那么現(xiàn)存的瓶頸情況將愈發(fā)惡化。以后將需要在存儲、服務(wù)器和交換機(jī)上作出進(jìn)一步的投入,保存數(shù)據(jù)并使數(shù)據(jù)可即時(shí)訪問。沒有對未來的高速及高密度數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒的數(shù)據(jù)中心將日益面對延遲問題,最終遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于競爭對手。
為網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲設(shè)備提供無縫可靠的連接,對于確??焖佟⒂行Ф职踩臄?shù)據(jù)流動至關(guān)重要。數(shù)據(jù)中心必須能夠支持更快的處理速度、更寬的帶寬以及更高的密度。為了做到這一點(diǎn),需要極好地配合并集成I/O連接功能,協(xié)調(diào)來自不同供應(yīng)商的 IT設(shè)備之間的互操作性。工作量越大或者復(fù)雜性越高,使各個(gè)組成部分相互平衡、良好指定其用途的重要程度就越高,這樣才不會由于疏忽而造成瓶頸,進(jìn)而影響到性能。
可插拔I/O產(chǎn)品的產(chǎn)品組合經(jīng)過了不斷的演進(jìn),全部都圍繞著各種可插拔的I/O模塊形式而發(fā)展,每種產(chǎn)品變型都具有不同的帶寬、距離以及銅纜或光纜連接功能。每條特定的鏈路都采用光纜或銅纜接口,以經(jīng)濟(jì)節(jié)省的方式進(jìn)行定義。可插拔I/O解決方案的設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)中心和電信行業(yè)常用的各種距離上都支持最快的數(shù)據(jù)速率,而延遲和插入損耗更低,具有出色的信號完整性、電磁干擾(EMI)保護(hù)功能及熱管理性能。
可擴(kuò)展可互操作的I/O升級路徑
高速、高密度的可插拔I/O解決方案為高密度應(yīng)用提供了一種高度可擴(kuò)展的升級路徑。自從SFP的形狀系數(shù)引入了1Gbps的數(shù)據(jù)速率以來,行業(yè)已經(jīng)發(fā)展了很長的一段時(shí)期。QSFP光端機(jī)新增了配置選項(xiàng),將密度和速度推向100Gbps。QSFP+熱插拔光端機(jī)應(yīng)用廣泛,專為高密度數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì),集成了四條發(fā)射信道及四條接收信道,提高了端口密度并進(jìn)一步降低了成本,無需再購買更多數(shù)量的傳統(tǒng)式SFP+產(chǎn)品。zQSFP+系統(tǒng)滿足對高密度的要求,在四條通道上的數(shù)據(jù)速率高達(dá)28Gbps,在數(shù)據(jù)中心的高性能計(jì)算、交換機(jī)、路由器和存儲方面已成為一種普遍的選擇,具有較高的價(jià)值。
滿足數(shù)量增長迅猛的無線設(shè)備對帶寬的要求,已經(jīng)成為服務(wù)器農(nóng)場設(shè)計(jì)中提高密度的一項(xiàng)催化劑。高度集成的QSFP系統(tǒng)將空間、功率和端口密度有效地結(jié)合到一起,通常將包含連接器、電磁干擾屏蔽籠、銅纜和光纜組件、有源光纜(AOC)、光學(xué)回路,以及主機(jī)連接器。zQSFP+互連解決方案支持下一代100Gbps以太網(wǎng)和100Gbps InfiniBand增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率應(yīng)用,以每條串行通道25Gbps,的數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù),具有出色的信號完整性、電磁干擾防護(hù)性能以及熱冷卻功能。
下一代QSFP-DD形狀系數(shù)使速度提升四倍
網(wǎng)絡(luò)依靠交換技術(shù)來處理及管理數(shù)據(jù)流量。隨著數(shù)據(jù)使用量的不斷上升,處于網(wǎng)絡(luò)上核心地位的交換機(jī)可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的順暢流動。高密度解決方案可以在一定程度上緩解核心交換機(jī)的壓力。連接器不可以構(gòu)成瓶頸。市場上的硅片已經(jīng)可以支持256條差分通道。缺失的鏈路作為一種連接器的形狀系數(shù),可以提供充分的密度,在一個(gè)機(jī)架單元的安裝盒中即可支持這一數(shù)量的通道,同時(shí)對熱工及信號完整性進(jìn)行管理。
行業(yè)當(dāng)前正處于下一代QSFP解決方案的開發(fā)過程中,與交換技術(shù)最近的發(fā)展情況保持一致。在 2016年達(dá)成了QSFP-DD MSA,解決技術(shù)上的挑戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)雙密度的接口,并為不同制造商生產(chǎn)的模塊組件確保機(jī)械、電氣、熱工和信號完整性上的互操作性。
作為一家QSFP-DD MSA的發(fā)起者和推廣者,Molex與其他52家公司開展了密切合作,滿足業(yè)界對高密度高速度網(wǎng)絡(luò)解決方案的需求。集團(tuán)最近為這一新的形狀系數(shù)發(fā)布了規(guī)范,可以克服之前在指定 QSFP28兼容雙密度接口時(shí)遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)。
四分之一小形狀系數(shù)可插拔雙密度(QSFP-DD)規(guī)范定義了一種模塊、一種堆疊式的集成箱體/連接器系統(tǒng),以及一種表面貼裝的箱體/連接器系統(tǒng)。這一新的形狀系數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)的QSFP四通道接口進(jìn)行了拓展,增加了一排觸點(diǎn),從而提供八通道的電氣接口,其中每條通道都可在采用非歸零碼(NRZ)調(diào)制的情況下、在高達(dá)25Gbps的速率下運(yùn)行,或者在采用脈沖調(diào)幅 (PAM4)的情況下、在高達(dá)50Gbps的速率下運(yùn)行。
此次功能適應(yīng)使得QSFP-DD可以在每個(gè)QSFP-DD端口上滿足解決方案對200 Gbps速率的要求,或者對400Gbps聚合速率的要求。一個(gè)單獨(dú)的交換機(jī)插槽即可支持多達(dá)36個(gè)QSFP-DD模塊。因此,總?cè)萘靠蛇_(dá)到14.4 Tbps。
有效的冷卻和熱管理為投資提供保護(hù)
從SFP+(1x10Gbps)到QSFP+(4x10Gbps)、zQSFP+(4x25Gbps),一直到現(xiàn)在的QSFP-DD(8x25 Gbps NRZ/50 Gbps PAM4),隨著收發(fā)機(jī)速度的不斷增加,用于傳輸信號的能量也隨之增加,產(chǎn)生越來越多的熱量。冷卻和熱管理對于連接器模塊以及網(wǎng)絡(luò)的總功耗、能效、性能與壽命來說,都具有至關(guān)重要的作用。
散熱器技術(shù)的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)高效、可靠而又具有彈性的熱管理策略,同時(shí)支持更高密度的銅纜與光纜連接。QSFP光學(xué)模塊設(shè)計(jì)可在最高70℃的溫度下運(yùn)行。超過這一溫度后,光學(xué)元件的性能將會降低,而壽命則會縮短。由于價(jià)格點(diǎn)已經(jīng)下調(diào),光纖組件仍然是一種成本相對高昂的投資對象,由于存在著極端溫度而承受一定的風(fēng)險(xiǎn)。
通道數(shù)量少于四條I/O模塊通道通??梢酝ㄟ^用于冷卻其他組件的氣流來進(jìn)行冷卻。采用四條信號通道的 QSFP形狀系數(shù)需要結(jié)合氣流與散熱器使用。zQSFP形狀系數(shù)最初并不適用散熱器,僅依靠氣流來對模塊進(jìn)行冷卻。隨著數(shù)據(jù)密度的不斷提高,各種散熱器被添加到了模塊的中心和頂部,以及箱體結(jié)構(gòu)上,從而改善氣流及冷卻效果。
由于zQSFP+的速度超過了100Gbps,而電力負(fù)載超過了4W,系統(tǒng)管理及光學(xué)模塊溫度的管理上就面臨更多挑戰(zhàn),從而不超過70℃的最高溫度。總體設(shè)計(jì)必須通過整個(gè)箱體來操控氣流,采用散熱器則可以將模塊上的能量轉(zhuǎn)移到存在氣流的區(qū)域。Molex已經(jīng)開發(fā)并演示了創(chuàng)新性的通流和內(nèi)部自調(diào)整式散熱器(IRHS)技術(shù),為在高達(dá)5W或更高的功率下運(yùn)行的堆疊式zQSFP+模塊提供熱管理。
Molex進(jìn)行的測試主要關(guān)注于最高環(huán)境溫度約為 45℃的企業(yè)應(yīng)用,對通流式箱體進(jìn)行了比較,該箱體針對模塊內(nèi)所產(chǎn)生能量的管理進(jìn)行了優(yōu)化。對5W的光學(xué)模塊進(jìn)行模擬,采用的風(fēng)洞包含了兩個(gè)2x1的箱體——一個(gè)是氣流增強(qiáng)型箱體,另一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)箱體,每一側(cè)都含有兩個(gè)zQSFP+模塊,并且包含了電源,以預(yù)定的速度在測試區(qū)域中驅(qū)動風(fēng)扇。
通過對這四個(gè)模塊中每一個(gè)模塊內(nèi)部的溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控,對標(biāo)準(zhǔn)型zQSFP+箱體和氣流增強(qiáng)型箱體的相對性能進(jìn)行了比較。在采用了增強(qiáng)型的箱體設(shè)計(jì)、散熱器及能量傳遞策略后,與標(biāo)準(zhǔn)箱體相比,增強(qiáng)型箱體實(shí)現(xiàn)了顯著的改進(jìn),將冷卻系數(shù)降低了9℃。
QSFP-DD模塊在深度略微大于QSFP的空間內(nèi)為八條通道提供支持。這意味著模塊中有八束激光可以發(fā)熱,需要冷卻與散熱。通過有效的使熱能翻倍,3.5W的模塊可以成為7W的模塊,而5W的模塊則可成為10W的模塊,諸如此類。
在這類極端的高熱下對熱性能進(jìn)行管理,將成為前進(jìn)中至關(guān)重要的一步。模塊和箱體設(shè)計(jì)中采用的先進(jìn)熱管理技術(shù)使QSFP-DD能夠支持至少7W的功率水平,而目標(biāo)范圍則拓展至10W。Molex與其他MSA合作伙伴以及贊助的成員企業(yè)正在開發(fā)QSFP-DD產(chǎn)品,其箱體和模塊現(xiàn)可供貨,在客戶環(huán)境下進(jìn)行熱測試。附加工作也已在進(jìn)行中,為在高達(dá)12W或更高功率下運(yùn)行的QSFP-DD模塊的冷卻開發(fā)各種解決方案。
延長現(xiàn)有平臺的壽命
對更高密度以及更好的功率管理和熱管理的需求,將繼續(xù)推動改進(jìn)型I/O模塊的開發(fā)工作。新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及率在逐步提升。產(chǎn)業(yè)投資和多廠商的投資有助于確保每一代可插拔I/O之間的互操作性。
向下的兼容性可以延長現(xiàn)有平臺的壽命,進(jìn)一步提高了面向未來的準(zhǔn)備程度。例如QSFP和zQSFP+ 共享了相同的配對接口。盡管是一種全新的接口,QSFP-DD還是構(gòu)建在這些原先的技術(shù)基礎(chǔ)之上。雙倍密度指與標(biāo)準(zhǔn)的QSFP28模塊相比,QSFP-DD模塊所支持的高速電氣接口的數(shù)量增加了一倍。為了承受額外的一排觸點(diǎn),主機(jī)板上QSFP-DD的機(jī)械接口深度略微大于標(biāo)準(zhǔn)型的QSFP28接口。
QSFP-DD的每個(gè)端口都有76個(gè)電氣觸點(diǎn),隨著數(shù)據(jù)中心容量的擴(kuò)展,可以為更高密度應(yīng)用中的下一代交換芯片提供支持。QSFP-DD已經(jīng)為支持50Gbps 的新型PAM4電調(diào)制格式準(zhǔn)備就緒,可以進(jìn)一步使速度翻倍,從而使速度達(dá)到QSFP28模塊的四倍。在初次使用QSFP-DD模塊時(shí),大部分情況都將支持NRZ 調(diào)制的數(shù)據(jù)速率。PAM4允許在給定的帶寬上傳輸更多的信息,但是需要更高的處理能力來為數(shù)據(jù)編碼和解碼,這就容易造成延遲及相應(yīng)的性能下降問題。
采用QSFP-DD模塊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將向下兼容現(xiàn)有的QSFP形狀系數(shù),為最終用戶、網(wǎng)絡(luò)平臺的設(shè)計(jì)方以及集成商提供最大的靈活性。除了QSFP-DD規(guī)范可以在給定的面板空間內(nèi)多容納四條通道并使QSFP28 的聚合帶寬提升一倍外,端口的密度是完全一致的。QSFP28模塊可以插入到QSFP-DD中八條電氣通道的四條之中,以便逐步逐量地對線纜和模塊升級。
結(jié)論
高密度的QSFP-DD光端機(jī)可以使制造商生產(chǎn)出更具競爭力的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機(jī)和存儲產(chǎn)品,為日益提高的數(shù)據(jù)流量以及更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心與電信網(wǎng)絡(luò)提供支持,致力于為制造商帶來巨大的價(jià)值。
本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第11期第28頁,歡迎您寫論文時(shí)引用,并注明出處。
作者 / Joe Dambach Molex公司
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201710/370662.htm摘要:高密度的 QSFP-DD 光端機(jī)可以使制造商生產(chǎn)出更具競爭力的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機(jī)和存儲產(chǎn)品,為日益提高的數(shù)據(jù)流量以及更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心與電信網(wǎng)絡(luò)提供支持,致力于為制造商帶來巨大的價(jià)值。
圍繞著SFP、SFP+、QSFP、QSFP+ 和 zQSFP 等形形色色的小體積可插拔模塊而開發(fā)的一系列高速度高密度解決方案,在數(shù)據(jù)中心的交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備領(lǐng)域取得了極大的吸引力。隨著行業(yè)為下一代銅纜和光纜QSFP-DD收發(fā)機(jī)的發(fā)布而準(zhǔn)備就緒,熱管理策略發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。
“小”體積可插拔I/O這一名稱具有一定的迷惑性。這類體積小巧而又功能強(qiáng)大的連接器在高密度網(wǎng)絡(luò)上發(fā)揮著主要作用,可以處理手機(jī)和移動設(shè)備、流媒體內(nèi)容、數(shù)字自動化和工業(yè)傳感器、人工智能、預(yù)測分析以及一系列其他數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)。
據(jù)分析師預(yù)測,截至2020年,物聯(lián)網(wǎng)可能會連接起多達(dá)2000億臺設(shè)備(來源:IDC、英特爾、聯(lián)合國)。數(shù)據(jù)中心的增長速度異常迅猛,而不斷上升的需求以及數(shù)據(jù)量都在使密度與功率接近極限。芯片、交換機(jī)、連接器、線纜及光學(xué)模塊技術(shù)都屬于網(wǎng)絡(luò)的核心領(lǐng)域,對每一分支領(lǐng)域都產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響,一直延伸到個(gè)人與企業(yè),在這類環(huán)境下,延遲或停機(jī)都會很快導(dǎo)致營收和商業(yè)機(jī)會上遭受多達(dá)數(shù)百萬美元的損失。
如果沒有所需的關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施來為未來的數(shù)據(jù)速率提供支持,那么現(xiàn)存的瓶頸情況將愈發(fā)惡化。以后將需要在存儲、服務(wù)器和交換機(jī)上作出進(jìn)一步的投入,保存數(shù)據(jù)并使數(shù)據(jù)可即時(shí)訪問。沒有對未來的高速及高密度數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒的數(shù)據(jù)中心將日益面對延遲問題,最終遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于競爭對手。
為網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲設(shè)備提供無縫可靠的連接,對于確??焖佟⒂行Ф职踩臄?shù)據(jù)流動至關(guān)重要。數(shù)據(jù)中心必須能夠支持更快的處理速度、更寬的帶寬以及更高的密度。為了做到這一點(diǎn),需要極好地配合并集成I/O連接功能,協(xié)調(diào)來自不同供應(yīng)商的 IT設(shè)備之間的互操作性。工作量越大或者復(fù)雜性越高,使各個(gè)組成部分相互平衡、良好指定其用途的重要程度就越高,這樣才不會由于疏忽而造成瓶頸,進(jìn)而影響到性能。
可插拔I/O產(chǎn)品的產(chǎn)品組合經(jīng)過了不斷的演進(jìn),全部都圍繞著各種可插拔的I/O模塊形式而發(fā)展,每種產(chǎn)品變型都具有不同的帶寬、距離以及銅纜或光纜連接功能。每條特定的鏈路都采用光纜或銅纜接口,以經(jīng)濟(jì)節(jié)省的方式進(jìn)行定義。可插拔I/O解決方案的設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)中心和電信行業(yè)常用的各種距離上都支持最快的數(shù)據(jù)速率,而延遲和插入損耗更低,具有出色的信號完整性、電磁干擾(EMI)保護(hù)功能及熱管理性能。
可擴(kuò)展可互操作的I/O升級路徑
高速、高密度的可插拔I/O解決方案為高密度應(yīng)用提供了一種高度可擴(kuò)展的升級路徑。自從SFP的形狀系數(shù)引入了1Gbps的數(shù)據(jù)速率以來,行業(yè)已經(jīng)發(fā)展了很長的一段時(shí)期。QSFP光端機(jī)新增了配置選項(xiàng),將密度和速度推向100Gbps。QSFP+熱插拔光端機(jī)應(yīng)用廣泛,專為高密度數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì),集成了四條發(fā)射信道及四條接收信道,提高了端口密度并進(jìn)一步降低了成本,無需再購買更多數(shù)量的傳統(tǒng)式SFP+產(chǎn)品。zQSFP+系統(tǒng)滿足對高密度的要求,在四條通道上的數(shù)據(jù)速率高達(dá)28Gbps,在數(shù)據(jù)中心的高性能計(jì)算、交換機(jī)、路由器和存儲方面已成為一種普遍的選擇,具有較高的價(jià)值。
滿足數(shù)量增長迅猛的無線設(shè)備對帶寬的要求,已經(jīng)成為服務(wù)器農(nóng)場設(shè)計(jì)中提高密度的一項(xiàng)催化劑。高度集成的QSFP系統(tǒng)將空間、功率和端口密度有效地結(jié)合到一起,通常將包含連接器、電磁干擾屏蔽籠、銅纜和光纜組件、有源光纜(AOC)、光學(xué)回路,以及主機(jī)連接器。zQSFP+互連解決方案支持下一代100Gbps以太網(wǎng)和100Gbps InfiniBand增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率應(yīng)用,以每條串行通道25Gbps,的數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù),具有出色的信號完整性、電磁干擾防護(hù)性能以及熱冷卻功能。
下一代QSFP-DD形狀系數(shù)使速度提升四倍
網(wǎng)絡(luò)依靠交換技術(shù)來處理及管理數(shù)據(jù)流量。隨著數(shù)據(jù)使用量的不斷上升,處于網(wǎng)絡(luò)上核心地位的交換機(jī)可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的順暢流動。高密度解決方案可以在一定程度上緩解核心交換機(jī)的壓力。連接器不可以構(gòu)成瓶頸。市場上的硅片已經(jīng)可以支持256條差分通道。缺失的鏈路作為一種連接器的形狀系數(shù),可以提供充分的密度,在一個(gè)機(jī)架單元的安裝盒中即可支持這一數(shù)量的通道,同時(shí)對熱工及信號完整性進(jìn)行管理。
行業(yè)當(dāng)前正處于下一代QSFP解決方案的開發(fā)過程中,與交換技術(shù)最近的發(fā)展情況保持一致。在 2016年達(dá)成了QSFP-DD MSA,解決技術(shù)上的挑戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)雙密度的接口,并為不同制造商生產(chǎn)的模塊組件確保機(jī)械、電氣、熱工和信號完整性上的互操作性。
作為一家QSFP-DD MSA的發(fā)起者和推廣者,Molex與其他52家公司開展了密切合作,滿足業(yè)界對高密度高速度網(wǎng)絡(luò)解決方案的需求。集團(tuán)最近為這一新的形狀系數(shù)發(fā)布了規(guī)范,可以克服之前在指定 QSFP28兼容雙密度接口時(shí)遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)。
四分之一小形狀系數(shù)可插拔雙密度(QSFP-DD)規(guī)范定義了一種模塊、一種堆疊式的集成箱體/連接器系統(tǒng),以及一種表面貼裝的箱體/連接器系統(tǒng)。這一新的形狀系數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)的QSFP四通道接口進(jìn)行了拓展,增加了一排觸點(diǎn),從而提供八通道的電氣接口,其中每條通道都可在采用非歸零碼(NRZ)調(diào)制的情況下、在高達(dá)25Gbps的速率下運(yùn)行,或者在采用脈沖調(diào)幅 (PAM4)的情況下、在高達(dá)50Gbps的速率下運(yùn)行。
此次功能適應(yīng)使得QSFP-DD可以在每個(gè)QSFP-DD端口上滿足解決方案對200 Gbps速率的要求,或者對400Gbps聚合速率的要求。一個(gè)單獨(dú)的交換機(jī)插槽即可支持多達(dá)36個(gè)QSFP-DD模塊。因此,總?cè)萘靠蛇_(dá)到14.4 Tbps。
有效的冷卻和熱管理為投資提供保護(hù)
從SFP+(1x10Gbps)到QSFP+(4x10Gbps)、zQSFP+(4x25Gbps),一直到現(xiàn)在的QSFP-DD(8x25 Gbps NRZ/50 Gbps PAM4),隨著收發(fā)機(jī)速度的不斷增加,用于傳輸信號的能量也隨之增加,產(chǎn)生越來越多的熱量。冷卻和熱管理對于連接器模塊以及網(wǎng)絡(luò)的總功耗、能效、性能與壽命來說,都具有至關(guān)重要的作用。
散熱器技術(shù)的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)高效、可靠而又具有彈性的熱管理策略,同時(shí)支持更高密度的銅纜與光纜連接。QSFP光學(xué)模塊設(shè)計(jì)可在最高70℃的溫度下運(yùn)行。超過這一溫度后,光學(xué)元件的性能將會降低,而壽命則會縮短。由于價(jià)格點(diǎn)已經(jīng)下調(diào),光纖組件仍然是一種成本相對高昂的投資對象,由于存在著極端溫度而承受一定的風(fēng)險(xiǎn)。
通道數(shù)量少于四條I/O模塊通道通??梢酝ㄟ^用于冷卻其他組件的氣流來進(jìn)行冷卻。采用四條信號通道的 QSFP形狀系數(shù)需要結(jié)合氣流與散熱器使用。zQSFP形狀系數(shù)最初并不適用散熱器,僅依靠氣流來對模塊進(jìn)行冷卻。隨著數(shù)據(jù)密度的不斷提高,各種散熱器被添加到了模塊的中心和頂部,以及箱體結(jié)構(gòu)上,從而改善氣流及冷卻效果。
由于zQSFP+的速度超過了100Gbps,而電力負(fù)載超過了4W,系統(tǒng)管理及光學(xué)模塊溫度的管理上就面臨更多挑戰(zhàn),從而不超過70℃的最高溫度。總體設(shè)計(jì)必須通過整個(gè)箱體來操控氣流,采用散熱器則可以將模塊上的能量轉(zhuǎn)移到存在氣流的區(qū)域。Molex已經(jīng)開發(fā)并演示了創(chuàng)新性的通流和內(nèi)部自調(diào)整式散熱器(IRHS)技術(shù),為在高達(dá)5W或更高的功率下運(yùn)行的堆疊式zQSFP+模塊提供熱管理。
Molex進(jìn)行的測試主要關(guān)注于最高環(huán)境溫度約為 45℃的企業(yè)應(yīng)用,對通流式箱體進(jìn)行了比較,該箱體針對模塊內(nèi)所產(chǎn)生能量的管理進(jìn)行了優(yōu)化。對5W的光學(xué)模塊進(jìn)行模擬,采用的風(fēng)洞包含了兩個(gè)2x1的箱體——一個(gè)是氣流增強(qiáng)型箱體,另一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)箱體,每一側(cè)都含有兩個(gè)zQSFP+模塊,并且包含了電源,以預(yù)定的速度在測試區(qū)域中驅(qū)動風(fēng)扇。
通過對這四個(gè)模塊中每一個(gè)模塊內(nèi)部的溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控,對標(biāo)準(zhǔn)型zQSFP+箱體和氣流增強(qiáng)型箱體的相對性能進(jìn)行了比較。在采用了增強(qiáng)型的箱體設(shè)計(jì)、散熱器及能量傳遞策略后,與標(biāo)準(zhǔn)箱體相比,增強(qiáng)型箱體實(shí)現(xiàn)了顯著的改進(jìn),將冷卻系數(shù)降低了9℃。
QSFP-DD模塊在深度略微大于QSFP的空間內(nèi)為八條通道提供支持。這意味著模塊中有八束激光可以發(fā)熱,需要冷卻與散熱。通過有效的使熱能翻倍,3.5W的模塊可以成為7W的模塊,而5W的模塊則可成為10W的模塊,諸如此類。
在這類極端的高熱下對熱性能進(jìn)行管理,將成為前進(jìn)中至關(guān)重要的一步。模塊和箱體設(shè)計(jì)中采用的先進(jìn)熱管理技術(shù)使QSFP-DD能夠支持至少7W的功率水平,而目標(biāo)范圍則拓展至10W。Molex與其他MSA合作伙伴以及贊助的成員企業(yè)正在開發(fā)QSFP-DD產(chǎn)品,其箱體和模塊現(xiàn)可供貨,在客戶環(huán)境下進(jìn)行熱測試。附加工作也已在進(jìn)行中,為在高達(dá)12W或更高功率下運(yùn)行的QSFP-DD模塊的冷卻開發(fā)各種解決方案。
延長現(xiàn)有平臺的壽命
對更高密度以及更好的功率管理和熱管理的需求,將繼續(xù)推動改進(jìn)型I/O模塊的開發(fā)工作。新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及率在逐步提升。產(chǎn)業(yè)投資和多廠商的投資有助于確保每一代可插拔I/O之間的互操作性。
向下的兼容性可以延長現(xiàn)有平臺的壽命,進(jìn)一步提高了面向未來的準(zhǔn)備程度。例如QSFP和zQSFP+ 共享了相同的配對接口。盡管是一種全新的接口,QSFP-DD還是構(gòu)建在這些原先的技術(shù)基礎(chǔ)之上。雙倍密度指與標(biāo)準(zhǔn)的QSFP28模塊相比,QSFP-DD模塊所支持的高速電氣接口的數(shù)量增加了一倍。為了承受額外的一排觸點(diǎn),主機(jī)板上QSFP-DD的機(jī)械接口深度略微大于標(biāo)準(zhǔn)型的QSFP28接口。
QSFP-DD的每個(gè)端口都有76個(gè)電氣觸點(diǎn),隨著數(shù)據(jù)中心容量的擴(kuò)展,可以為更高密度應(yīng)用中的下一代交換芯片提供支持。QSFP-DD已經(jīng)為支持50Gbps 的新型PAM4電調(diào)制格式準(zhǔn)備就緒,可以進(jìn)一步使速度翻倍,從而使速度達(dá)到QSFP28模塊的四倍。在初次使用QSFP-DD模塊時(shí),大部分情況都將支持NRZ 調(diào)制的數(shù)據(jù)速率。PAM4允許在給定的帶寬上傳輸更多的信息,但是需要更高的處理能力來為數(shù)據(jù)編碼和解碼,這就容易造成延遲及相應(yīng)的性能下降問題。
采用QSFP-DD模塊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將向下兼容現(xiàn)有的QSFP形狀系數(shù),為最終用戶、網(wǎng)絡(luò)平臺的設(shè)計(jì)方以及集成商提供最大的靈活性。除了QSFP-DD規(guī)范可以在給定的面板空間內(nèi)多容納四條通道并使QSFP28 的聚合帶寬提升一倍外,端口的密度是完全一致的。QSFP28模塊可以插入到QSFP-DD中八條電氣通道的四條之中,以便逐步逐量地對線纜和模塊升級。
結(jié)論
高密度的QSFP-DD光端機(jī)可以使制造商生產(chǎn)出更具競爭力的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機(jī)和存儲產(chǎn)品,為日益提高的數(shù)據(jù)流量以及更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心與電信網(wǎng)絡(luò)提供支持,致力于為制造商帶來巨大的價(jià)值。
本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第11期第28頁,歡迎您寫論文時(shí)引用,并注明出處。
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