作者：Poornima Apte

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-12-23

就像管道輸送天然油氣，電纜輸送的是數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)就是用于計(jì)算的燃料。

數(shù)據(jù)和通信設(shè)備所需的電纜種類取決于各種因素，包括它們傳輸?shù)牧髁款愋秃蛡鬏斁嚯x。例如，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的電纜將流量從計(jì)算機(jī)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)交換機(jī)再傳輸?shù)酱鎯?chǔ)單元，而網(wǎng)絡(luò)通信電纜則將數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)交換機(jī)再傳輸?shù)铰酚善?。電信流量從基站或電纜盒傳輸?shù)?a target="_blank">中心局。每種電纜都需要不同類型的電纜。

距離也很重要——布線可以在很短的距離內(nèi)進(jìn)行，可以在同一服務(wù)器機(jī)架內(nèi)進(jìn)行，也可以在大樓的不同機(jī)架或房間之間進(jìn)行。不過(guò)，也有在整個(gè)校園范圍進(jìn)行布線的需要，并延伸數(shù)里。

多年來(lái)，由于數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，布線決策變得越來(lái)越重要。

數(shù)據(jù)中心的興起

人工智能革命依賴于高速數(shù)據(jù)中心，因?yàn)樗鼈兪菓?yīng)用的計(jì)算骨干。隨著人工智能的爆炸式增長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求也隨之增長(zhǎng)。據(jù)麥肯錫公司稱，僅美國(guó)對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求每年將增長(zhǎng) 10%，至少延續(xù)至 2030 年。此外，根據(jù) Dell'Oro 集團(tuán)的一份報(bào)告，僅在 2024 年第二季度，數(shù)據(jù)中心資本支出就增長(zhǎng)了近 50%，主要因?yàn)槿斯ぶ悄芊?wù)器的需求不斷增長(zhǎng)。

要滿足人們對(duì)高速計(jì)算的無(wú)限需求，僅靠數(shù)據(jù)中心數(shù)量的增長(zhǎng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。高性能服務(wù)器在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和數(shù)據(jù)中心之間通過(guò)互聯(lián)傳輸信息時(shí)，也面臨著更好、更快和更高吞吐量的壓力。雖然 100 G 網(wǎng)絡(luò)曾經(jīng)是黃金標(biāo)準(zhǔn)，但隨著 IIoT、云計(jì)算和人工智能的發(fā)展，400 G 部署現(xiàn)在正變得越來(lái)越常規(guī)。另一個(gè)需要關(guān)注的數(shù)據(jù)中心發(fā)展是對(duì)降低能耗的呼聲越來(lái)越高。這意味著數(shù)據(jù)傳輸速度需要提高，且要更加節(jié)能。

這種對(duì)更大、更好、更快和更節(jié)能計(jì)算的需求對(duì)數(shù)據(jù)中心布線意味著什么？最基本的要求是，電纜傳輸數(shù)據(jù)時(shí)要快速、低延遲，而且不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失或耗費(fèi)過(guò)多電力。電纜還需要在不產(chǎn)生過(guò)多熱量的情況下完成這項(xiàng)工作，因?yàn)槔鋮s也需要能量。

雖然數(shù)據(jù)中心有幾十種設(shè)備，包括網(wǎng)絡(luò)、冷卻、存儲(chǔ)和電源系統(tǒng)，但本文的重點(diǎn)是典型數(shù)據(jù)中心機(jī)架硬件組件的布線。其中可能包括像交通控制器一樣的交換機(jī)，以及將數(shù)據(jù)從一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)系統(tǒng)的收發(fā)器。

適合當(dāng)今數(shù)據(jù)中心的電纜

大容量通信通常使用三種類型的電纜，如 10 Gbps 或最先進(jìn)的 400 Gbps。一般的家庭互聯(lián)網(wǎng)連接速度不到 1 Gbps。

CAT6 電纜： CAT6 電纜使用 RJ45 接頭，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸以太網(wǎng)幀的常用電纜。為了與交換機(jī)設(shè)備連接，它使用 RJ45 收發(fā)器將交換機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換成 RJ45 兼容信號(hào)，然后再在另一端轉(zhuǎn)換回來(lái)。其延遲時(shí)間約為 2.6 ns，可傳送約 100 米。收發(fā)器增加了約 4 W 的功耗。

光纖： 光纖常見(jiàn)于視頻和音頻通信，也可用于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)。它使用光學(xué)連接器，需要一個(gè)收發(fā)器將電能轉(zhuǎn)換成光能，然后再轉(zhuǎn)換回電能。一旦轉(zhuǎn)換為光，光纖的延遲時(shí)間約為 0.1 ns，可傳送數(shù)百米。但是，它非常挑剔；光纖中的玻璃或塑料不喜歡彎曲，如果末端沾上一粒灰塵，容量就會(huì)下降。此外，它的成本也很高，尤其是增加了光收發(fā)器后，功耗會(huì)增加約 4 W。

直連銅纜 (DAC)： DAC 是最簡(jiǎn)單、最寬松的布線選擇。它采用銅導(dǎo)線，最適合短距離應(yīng)用，如同一機(jī)架內(nèi)的組件。DAC 價(jià)格低廉，使用靈活，在連接兼容設(shè)備時(shí)無(wú)需收發(fā)器即可使用，但只能使用幾米。此外，DAC 不應(yīng)太靠近電源、大型電池或磁鐵，因?yàn)樗鼤?huì)受到干擾。

DAC 分無(wú)源和有源兩種。無(wú)源 DAC 沒(méi)有收發(fā)器，由于傳輸是無(wú)源的，因此它能原封不動(dòng)地傳輸原始信號(hào)。沒(méi)有收發(fā)器有助于將功耗降至最低。

有源 DAC 內(nèi)置收發(fā)器，還能補(bǔ)償潛在的信號(hào)損失，因此在數(shù)據(jù)中心的長(zhǎng)距離應(yīng)用中更為安全。增加收發(fā)器等電子元件會(huì)稍稍增加有源 DAC 的功耗，通常約為 1 W。

數(shù)據(jù)中心使用 DAC 的優(yōu)勢(shì)

在數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)從一個(gè)數(shù)據(jù)源傳輸?shù)搅硪粋€(gè)數(shù)據(jù)源所產(chǎn)生的延遲需要盡可能的短。許多對(duì)時(shí)間要求極高的應(yīng)用，如倉(cāng)庫(kù)中的自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 或金融領(lǐng)域的日間交易，都需要在瞬間做出決策。DAC 的最大優(yōu)勢(shì)在于它的低延遲性。而 DAC 的這一關(guān)鍵特性就是其簡(jiǎn)單性的直接結(jié)果。它沒(méi)有任何復(fù)雜的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)的中間組件，因此設(shè)計(jì)不那么復(fù)雜，也更易于維護(hù)。

DAC 也是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的布線選擇，尤其是無(wú)源 DAC，耗電量極低。最大的限制是這些電纜能在不造成太大信號(hào)衰減的情況下工作的長(zhǎng)度，通常在幾米左右。對(duì)于長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)，DAC 并不是最有效的，它最適合用于同一機(jī)架內(nèi)或機(jī)架之間的短距離連接。其彎曲能力也使之特別適合用于需要連通彼此和通過(guò)狹小拐角的密集互連。

[3M]QSFP-DD DAC 電纜組件采用 3M 雙軸電纜技術(shù)，打造出了一個(gè)靈活、可折疊的高性能解決方案。尤其值得一提的是 QSFP-DD（Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density，四通道小型可插拔雙密度）外形尺寸，這是一種硬件標(biāo)準(zhǔn)，有助于實(shí)現(xiàn)更快的連接。SFP 表示電纜是可插入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸；"Q" 表示電纜可支持四個(gè)數(shù)據(jù)通道；雙密度可使通過(guò)相同物理尺寸連接器的數(shù)據(jù)量增加一倍。

因此，像 3M 9V4 系列 400 G QSFP-DD 這樣的 DAC 電纜是同類產(chǎn)品中帶寬最高可達(dá) 400 Gbps 的產(chǎn)品，可用于連接服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備和其他高速設(shè)備。

數(shù)據(jù)中心 DAC 的布線設(shè)計(jì)考慮因素

鑒于無(wú)源 DAC 是最經(jīng)濟(jì)、最適合數(shù)據(jù)中心的低延遲設(shè)備，因此值得考慮如何將其集成到數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施機(jī)架中。

需要考慮的幾個(gè)關(guān)鍵因素包括：

• 與硬件兼容：由于電纜需要連接收發(fā)器、交換機(jī)、路由器等，因此必須確保所選電纜與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容，并能適應(yīng)未來(lái)迭代。3M 9V4 系列 400G QSFP-DD 與大多數(shù)現(xiàn)代設(shè)備兼容。如果數(shù)據(jù)中心需要將一個(gè)高容量端口拆分成多個(gè)低容量連接（如從一個(gè) 400 Gbps 連接拆分成 4 個(gè) 100 Gbps 或 8 個(gè) 50 Gbps 連接），該系列還配有分線電纜組件。
• 保持?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)：DAC 的設(shè)計(jì)必須考慮到電纜特別容易受到電磁干擾 (EMI)，尤其是來(lái)自電源線和電纜的干擾。因此，DAC 數(shù)據(jù)線必須與電源線明確分開(kāi)。
• 便于檢修：電纜的位置應(yīng)便于維修技術(shù)人員操作。架空布線通常被視為是更好的接入選擇，因?yàn)?DAC 可以從房間的屋頂層層接入，而不需要過(guò)長(zhǎng)或過(guò)多的互連線纜。
• 高效通風(fēng)和冷卻：技術(shù)堆棧會(huì)散發(fā)大量熱量，因此在管理 DAC 布線時(shí)必須考慮到通風(fēng)方案。這可能會(huì)影響設(shè)備密度和相關(guān)布線要求。
• 可擴(kuò)展性：技術(shù)堆棧不斷變化，DAC 布線必須能夠適應(yīng)這種變化。對(duì)電纜進(jìn)行分組并有效地進(jìn)行標(biāo)記和捆綁，有助于技術(shù)人員對(duì)整個(gè)組件進(jìn)行統(tǒng)一管理，而不必逐一進(jìn)行分類。

結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算能力的不斷發(fā)展，為邊緣人工智能、更多虛擬化和超融合環(huán)境留出了空間，預(yù)計(jì)對(duì)相關(guān)硬件設(shè)備的需求也會(huì)隨之發(fā)生變化。

未來(lái)，機(jī)器學(xué)習(xí)硬件、邊緣數(shù)據(jù)中心和分布式基礎(chǔ)設(shè)施的使用可能會(huì)越來(lái)越多。具有高級(jí)安全性和可持續(xù)性的硬件也指日可待。盡管如此，DAC 仍將是電纜選擇類型之一，尤其是在技術(shù)機(jī)架的短距離互連環(huán)境中。其光速般的延遲和總體成本經(jīng)濟(jì)性無(wú)可匹敵。因此，DAC 將在數(shù)據(jù)中心及其他領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮作用。

審核編輯 黃宇