数据中心的发展趋势

目录 简介3 关于作者 第2章：OM5多模光缆应用的成本/效益分析14 第3章：数据中心中的400G以太网：光收发器选择19 第4章：数据中心中的400G以太网：高密度化和园区架构22 第5章：请勿只着眼于现在- 800G即将来临！26 第7章：数据中心在5G世界中的角色演变33 第8章：遍布园区，进入云端：MTDC连接的推动因素有哪些？38 第9章：通往1.6T的道路正在开启44 结论49 来年展望：是什么正在影响着数据中心？ 在数据中心里，没有什么是“一切照旧”的，展望2023年，也不例外。随着数据中心的数据流量不断攀升，受更大的连接需求驱动，网络规划者正在重新考虑如何才能在这些挑战中保持领先。 回顾2014年，25G以太网联合会提出单通道25 Gbps以太网和双通道50 Gbps以太网时，在行业路线图中创建了一个大的分支，降低了每比特成本，并可轻松地过渡到50 G、100 G及以上。 2020年，100G以太网应用大量涌入市场，导致光纤使用量不断增长，超大规模和云计算数据中心将不可避免地向400G以太网跃进。随着交换机和服务器逐步采用400G和800G连接，物理层也必须具有更高性能，以持续优化网络容量。 发展数据中心物理层基础设施是满足用户对低延迟、高带宽和可靠连接需求的关键。我们通过观察数据中心管理者对于800G以太网的规划，以及5G技术将带来的蘑菇效应（数据流量爆发式增长），来看看这些重要的趋势。 关于作者 Jason Bautista Matt Baldassano 作为超大规模和多租户数据中心(MTDC)的解决方案架构师，Jason负责康普的数据中 Matt Baldassano是康普美国东北地区的企业解决方案部门技术总监，专门负责数据中 心市场开发。他负责关注数据中心市场的趋势，以帮助推动针对超大规模和多租户数据中心客户的产品战略、解决方案和产品计划。 心布线产品。他曾担任过康普数据中心业务部门的业务开发经理和技术营销工程师。 此外，他还曾在纽约市和德克萨斯州达拉斯的EMC2公司担任过客户工程师一职，负责提供数据中心有线网络和室内无线系统方面的服务，并写过无线安全主题方面的文章。Matt持有圣约翰大学的计算机科学学士学位和先进技术大学的技术硕士学位。 Jason在网络行业拥有19年的丰富经验，曾经担任多个面向客户的职位，致力于各种不同网络的产品开发、营销和支持，服务于全球各地的客户。 关于作者 Hans-Jürgen Niethammer Ken Hall Hans-Jürgen于1994年7月加入康普布线部门，曾出任产品管理、技术服务和市场营 Ken Hall是康普北美洲数据中心架构师，负责技术和思想领导，以及全球范围和相关数 据中心的光纤基础设施规划。他参与开发和发布了高速、超低损耗光纤解决方案，以便高效地实现数据中心运营商的网络迁移。 销部门的多种关键职务，包括欧洲、中东和非洲项目管理总监，欧洲、中东和非洲市场营销总监，以及欧洲、中东和非洲技术服务和销售运营总监。 此前，Ken曾在TE Connectivity/Tyco Electronics/AMP担任过多种职务。他在全球网络OEM和数据中心的计划管理和战略，以及项目管理、市场营销、行业标准和技术销售管理方面拥有丰富的经验。Ken还曾负责面向网络电子设备OEM的小型铜缆和光纤接头以及高密度接口的行业标准化和普及。 自2013年1月起，Hans-Jürgen就一直负责康普在欧洲、中东和非洲的数据中心市场开发，确保康普解决方案能够实现客户数据中心基础设施的敏捷性、灵活性和可扩展性，以满足这一动态细分市场的当前和未来需求。 Hans-Jürgen是数据中心、光纤和AIM系统领域的国际专家，多个ISO/IEC和CENELEC标准化委员会的成员，以及多个国际标准的编辑。 迄今为止，Ken在光纤接头和基础设施管理系统方面拥有9项专利。 Ken获得了宾州西盆斯贝格大学的理学学士学位。Ken既是一位注册通讯设计师(RCDD)，也是一位网络技术系统设计师(NTS)。 Hans-Jürgen持有电子工程学的认证工程师学位，并且获得了商业经济学家认证。 关于作者 James Young Alastair Waite James是康普企业数据中心部门总监，负责战 略 监 督 并 领 导 全 球 产 品 和 现 场 团 队 。 Alastair Waite于2003年9月加入康普，担任公司企业光纤部门产品经理一职，从那以 后，他在公司担任了许多关键职位，包括欧洲、中东和非洲的企业产品管理主管，欧洲、中东和非洲市场管理主管和数据中心业务部门领导者。 此前，James曾在加拿大的Tyco Electronics/AMP、Anixter、Canadian Pacific和TTS担任过多种职务，包括通信解决方案的销售、营销和运营。James在OEM产品、网络解决方案和增值服务销售方面，拥有丰富的直接和间接渠道销售经验。 自2016年1月，Alastair就一直负责康普数据中心解决方案的架构，在这一动态细分市场确保客户的基础设施能够随运营需求而扩展。 James获得了西安大略大学的理学学士学位。他既是一位注册通讯设计师(RCDD)，也是一位获认证的数据中心设计专家(CDCP)。 在加入康普之前，Alastair曾是Conexant Semiconductor公司光学芯片部门高级产品线经理，全面负责该公司的所有光学接口产品。 Alastair威尔士大学电子工程理学学士学位。 涌入数据中心的数据流量持续攀升；与此同时，5G、人工智能和机器与机器(M2M)通信等先进技术推动的新一代应用，正将延迟要求提升至一毫秒范围内。这些趋势和其他趋势正在一起影响数据中心的基础设施，迫使网络管理者重新思考如何在变化中保持领先。 更大的光纤芯数结合更紧凑的光缆结构，对于数据中心互联更有帮助。连接两个超大规模设施时，通常会使用超过3,000芯光缆作为数据中心互连(DCI)的主干布线，在不久的将来，运营商的设计需求还将在此基础上翻倍。在数据中心内部，相同的问题会出现在从核心交换机或会接间到机柜列内Spine交换机之间的主干布线线缆上。 传统上，网络使用四个主要方法来满足不断增长的更低延迟和更大流量需求： 无论数据中心配置是需要点对点还是交换机至交换机连接，不断增加的光纤芯数，都给数据中心在提供更高带宽和容量方面带来了巨大的挑战。 J减少链路中的信号损耗 缩短链路距离 第一个挑战是：如何以最快速、最有效的方式部署光纤？如何将光纤放到线轴上？如何将光纤从线轴上拉出？如何在两点之间进行布线和穿过线槽？ 加快信号速率 J加大管道尺寸 虽然数据中心在某种程度上使用了所有这四种方法（尤其是超大规模数据中心），但目前主要集中在增加光纤的数量。过去，核心网络布线主要采用24、72、144或288芯光缆。在这一层级上，可以对数据中心内交换机或着服务器之间的主干网络进行分段式管理，然后使用光纤耦合器与跳线对光缆进行分配和跳接，以提高安装效率。如今，光缆的芯数增加了多达20倍⸺每根光缆达到1,728、3,456或6,912芯。 一旦完成安装，第二个挑战是：如何在交换机和服务器机架上对光纤进行配线和管理？ 可卷曲带状光纤布线 随着市场对更快更大的数据管道需求的增加，光纤和光网络也在不断发展。随着这类需求的加剧，光缆中光纤的设计和封装方式也发生了变化，这使得数据中心可以在无需增加布线空间的情况下增加光缆中的光纤数量。可卷曲带状光纤布线就是这个创新链中的一个重要环节。 从某种程度上说，可卷曲带状光缆是以早期开发的中心束管带状光缆为基础。自20世纪90年代中期推出以来，中心束管带状光缆主要用于OSP网络，其特点是在一个中心缓冲管中堆叠了多达864芯带状光纤。这些光纤被分组，并沿着光缆的延伸方向完全粘合在一起，这种方式增加了光缆的刚性。虽然这对于在数据中心OSP应用中部署这类光缆影响不大，但是要在有限的空间中进行敷设，最好不要使用又粗又硬的光缆。 在可卷曲带状光缆中，光纤以不连续的方式粘结在一起，形成了一个松散的网状结构。这种结构使得带状光缆更加柔软，这让制造商能够在一个两英寸的套管内放置多达3,456芯光纤（传统封装光纤密度的两倍）。这种结构减小了弯曲半径，因而这些光缆更易于用在空间有限的数据中心。 必须强调的是，缓冲涂层是光纤中唯一被改变的部分。200微米光纤保留了传统光纤125微米的纤芯/包层直径，以确保熔接操作中的兼容性。200微米光纤与250微米光纤在剥除缓冲涂层后，熔接流程完全相同。 以不连续的方式粘连在一起的光纤具有松散光纤的物理特性，易于收缩和弯曲，因此更易于敷设在狭小空间内。此外，可卷曲带状光纤布线方式与干式光缆完全相同，这有助于减少准备熔接所需的时间，从而降低人工成本。不连续的粘连技术仍保持了典型带状熔接所需的光纤对准方式。 减少线缆直径 几十年来，几乎所有通信光纤的标称涂层直径都是250微米。随着市场上对更细的线缆的需求越来越多，这种情况已经开始有所改变。许多光缆设计都已经达到了标准光纤直径缩减的实际极限。但需要更细的光纤促进光纤物理直径进一步缩减。200微米涂层的光纤现已用于可卷曲带状光缆和微管道光缆。 全新芯片导致问题进一步复杂化 一列机柜中的所有服务器都被配置为特定的连接速度。但在当今高度融合的矩阵网络中，一列机柜内的所有服务器都同时以最大速率运行的情况极其少见。所需的服务器上行带宽与部署的下行带宽之差称为收敛比。在网络的某些区域中，如交换机间链路(ISL)，收敛比可高达7:1或10:1。选择更高的收敛比可以尽可能地降低交换机成本，但大多数现代云和超大规模数据中心网络设计的目标收敛比为3:1或更低，以实现更好的网络性能。 收敛比在构建大型服务器网络时更为重要。随着交换机至交换机的带宽容量增加，交换机之间的链接数量减少。为了满足所需的服务器上联需求，需要将多层叶脊网络结合起来，同时通过交换机与交换之间的连接来实现整个网络的收敛比目标。不过，每个交换机层都会增加成本、功耗和延迟。交换技术一直致力于解决这一问题，这推动了商用ASIC硅交换芯片的快速发展。2019年12月9日，Broadcom Inc.开始交付新的StrataXGS Tomahawk 4 (TH4)交换机，从而在单个ASIC中实现了25.6 Tbps的以太网交换能力。这距离Tomahawk 3问世还不到两年，当时Tomahawk 3 (TH3)的最高速率为12.8 Tbps。 这些ASIC芯片不仅提高了通道速度，还增加了其所含端口的数量。数据中心可以更好的控制收敛比。使用单个TH3 ASIC芯片构建的交换机支持32个400G端口。每个端口可以分解成八个50GE端口，以实现服务器连接。端口可以组合在一起，支持100G、200G或400G连接。在采用与QSFP相同的规格时，每个交换机端口可在1对、2对、4对或8对光纤之间迁移。 工程解决方案，但现在不再是这样了。由于有如此多的信息需要了解，同时又面临如此多的风险，供应商的角色已转变为技术合作伙伴，在确保数据中心成功运转方面，他们与系统集成商或设计人员同等重要。 数据中心所有者和运营商越来越依赖其布线合作伙伴在光纤成端、收发器性能、熔接和测试设备等方面的专业知识。这一新增角色的要求布线合作伙伴与基础设施生态系统相关人员以及标准机构建立更密切的工作关系。 虽然这看似复杂，但却在帮助控制收敛比方面非常有用。如今，这些新型交换机可连接最多192台服务器，同时仍保持3:1收敛比，同时提供8个400G端口用来进行叶脊交换机之间的互联。现在，一台这种新型交换机可取代6台上一代交换机。 随着行业标准和多源协议(MSA)数量的增加以及通道速度的加速，布线合作伙伴在实现数据中心技术路线图方面发挥着越来越重要的作用。目前，有关100G/400G和正在演进的800G的标准包