win7系统下载
当前位置: 首页 > 网络技术教程 > 详细页面

兼具成本与低功耗特征 25Gbit/s铜缆互连技术崛起

发布时间:2021-02-23 文章来源:xp sp3系统下载 浏览:

网络技术是从1990年代中期发展起来的新技术,它把互联网上分散的资源融为有机整体,实现资源的全面共享和有机协作,使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等。 当前的互联网只限于信息共享,网络则被认为是互联网发展的第三阶段。

对高速应用而言,铜缆组件的最新技术进展已使其成为一种更可行的选择。正如Bishop & Associates所言,设计人员偏爱使用熟悉的铜缆互连技术,并正开发通道设计、模拟和线路板布局的专业技术,以继续扩大频宽;而少数工程师则乐于预测铜缆连接器产品的最终性能极限。

现今由企业服务器和储存应用构成的资料中心,电缆集成、功率和热管理是固有的挑战。资料中心不断增加的频宽需求促使铜缆传输速率也须持续增加,而25Gbit/s通道的推出改变游戏规则。相较于传统的铜缆,在原型构建阶段实现的高速25Gbit/s铜缆产品,现能提供更高的频宽选择,就成本而言,其比光纤连接更低。

铜缆固守中短距有线网路应用

虽然光纤已成为长距离网路通讯中较普及的媒介,但对于短距离与中等距离的应用而言,铜缆连接仍是一种较具成本效益的解决方案。从设计的观点来看,光学媒介也会带来挑战,包括热管理和功率管理。被动式铜缆可满足低成本、小功率、短距离(1~7米)的应用需求,并且对于独立系统或在光纤和结构化铜缆布线之间,被动式铜缆通常也是最好的解决方案。目前有线通讯大约90%的应用距离小于等于3米,包括高效能计算系统中大部分的数据连接。

网路系统资料中心经常会混合使用光纤模组和铜缆元件。专业的系统设计人员可轻易对一套系统进行整合并优化,以便利用光纤与铜缆模组各自的优势。对于资料中心布线,高速被动式25Gbit/s铜缆带来成本和效能上皆具竞争力的解决方案,其中包括机柜顶端(Top-of-rack)、机柜中部(Middle-of-rack)和用于连接至资料储存服务器。

从存储器检索和传输资料时,高密度电缆的速度须够快,以便满足变化的峰值需求。而增加前面板输入输出(I/O)频宽的密度,可以让资料中心能增加容量而不需额外的地面和机架空间,工程师并可通过在面板上增加端口密度实现更高的速度。对于单一高速连结,目前被动式铜缆的传输速率为10Gbit/s,需要十条线路才能达到100Gbit/s的速率,若将每条线路提升至25Gbit/s,可将所需线路从十条减少至四条,进而节省宝贵的空间并开发出更高密度的前面板I/O。

100Gbit/s标准规范诞生

网通系统的每项因素都将为影响高速铜缆传输速率的关键。通道须依据时间、过程和温度的变化进行评估。对于互通性高速电气性能的挑战,将随着速度的增加而呈现以指数的级距增加。虽然在规范中,10Gbit/s具有误差余量,但在25Gbit/s通道中,互通性无法负担相同的缓冲。

在2008年7月,业者推出的iPass+ HSC CXP双切换卡(Paddle-card)、支援插接式铜或光纤的系统,获选为InfiniBand CXP 12x QDR标准,该系统也获IEEE 802.3ba标准采用,作为100Gbit/s以太网络标准,提供十条资料速率为10Gbit/s的线路。

此一用于高速铜缆的最终标准,与其他IEEE 802标准有很大的不同。虽然802.3ba包含100Gbit/s规范,但到目前为止,在100Gbit/s运行速率下,仍然没有支援背板媒介上以太网络的标准。不过,产业团体已认识到,100Gbit/s背板和双轴铜缆连接在为电脑网路系统和设备实现所期望的密度、功率和成本目标的能力。

自从有了IEEE 802.3ba标准,市场已对连接器、切换卡设计、连接器装接(Connector Launch)、电缆终端接头(Conductor Termination)和高频通讯电缆(Raw Cable)的显着改进,且25Gbit/s铜缆元件将这些设计上的改进都已整合到这些关键区域。业者已在DesignCon 2011展示下一代100Gbit/s速率铜缆如何支援资料网路和电信中的主要应用中。采用小尺寸、插接式I/O的系统提供八条25Gbit/s资料速率线路(每一方向四条),并使用收发器和示波器,通过眼图(Eye Pattern)展现一条3米被动式电缆的传输性能。

在高频条件下,下一代5米25Gbit/s铜缆组件的差分插入损耗比当前的3米10Gbit/s铜缆组件更好(图1)。综合串音噪声(Integrated Crosstalk Noise, ICN)方面,根据802.3ba标准计算所获得的结果显示,与3米产品相比,高速5米电缆的噪声降低大约50%(图2),而改善后的ICN也让5米25Gbit/s铜缆具备较佳的信噪比(Signal-to-noise Ratio, SNR)。随着SNR的提高,进而提升互连讯号完整性。

图1

图2 下一代电缆元件提供了串音改善,并且与当前的3米电缆组件相比,噪声降低一半以上

被动式铜缆具低功耗特性

与光纤连接器产品相比,被动式铜缆元件使用极低的功率。在3.3伏特(V)、小于30毫安培(mA)峰值下(典型值3mA),可节省较多的电力,且低功耗相当于发热较少,从而减少与热有关的效能问题。在1~5米短距离应用中,被动式25Gbit/s铜缆由于功耗较低,可为企业解决能耗与散热的问题,进一步降低运营费用,因此在区域网路(LAN)、资料中心和储存应用中具较大的市场优势。

一项很有价值的建议是,与小于等于7米长度内的光学模组和光缆相比,每个被动式铜缆价格可能以小于3的系数降低。在设计灵活性方面,被动式铜缆元件仅包含一个电子式可清除可编程唯读存储器(EEPROM)电子元件,因此其可提供的平均故障间隔时间(MTBF)可能比光缆元件长十至五十倍。

元件级模型解决噪声问题 25Gbit/s铜缆性价比再提升

无论是光纤或铜缆传输,在连线性选择和设计中,折衷权衡是与生俱来的。虽然光纤对于长距离运行是有利的,但对于较短电缆长度的应用,铜缆还是首选的解决方案,尤其未来高速25Gbit/s的铜缆成为更具吸引力的选择。

然而,在25Gbit/s铜缆连线性的可行性和商业生存能力之间,仍然有着未满足的挑战。对着眼于25Gbit/s铜缆的设计人员来说,主要的考虑因素就是高频差入损耗和噪声,且主要的考虑项目即为SNR余量。

元件供应商正携手合作为设计人员提供精确且可预测的元件级模型和端对端(End-to-end)通道模型,以便在新的25Gbit/s系统中实现适当的性价比。

忙于开发高速铜缆的制造商与产业分析人士,已认识到铜缆的重要作用,以及先进的讯号调节技术如何延长现有元件的使用寿命,同时激励可大量生产的下一代铜缆介面产品的开发。

高频宽应用如火如荼 25Gbit/s铜缆市场加速起飞

云端运算(Cloud Computing)、物联网(Internet of Things)、高性能运算应用、服务器虚拟化和融合网路的蓬勃发展将会继续推动对于更高频宽的刀锋式和机架式服务器连接产品的需求,而这些均利于具成本效益、高效能25Gbit/s铜缆连接市场的发展。

目前25Gbit/s铜缆原型产品正在审查和测试中,预计在未来3~5年进行批量生产。此外,25Gbit/s铜缆完整互通性将需要适当的元件规范、清晰的定义和公认的合规方法,以及各方持续的合作。



网络的神奇作用吸引着越来越多的用户加入其中,正因如此,网络的承受能力也面临着越来越严峻的考验―从硬件上、软件上、所用标准上......,各项技术都需要适时应势,对应发展,这正是网络迅速走向进步的催化剂。

本文章关键词: 光纤铜缆 综合布线技术 网络应用