云計算、物聯網、VR/AR、數字孿生、人工智能(AI)……這些讓科技圈熱血沸騰的技術背后,都有一個共同的底層邏輯——它們都是以海量數據的處理作為支撐的。因此,無論是哪條賽道上的競爭,都會體現為數字基礎設施建設上的比拼,即新一代數據中心的設計和部署。
數據中心的建設作為一個系統工程,面臨著來自各個方面的挑戰,比如高性能計算、電力供應、網絡安全等等,而高速互連技術也是其中至關重要的一環,它為數據在規模不斷擴展、集群化的數據中心中高效、可靠地傳輸,提供了一條“高速公路”,對于數據中心算力的釋放起著關鍵的作用。
高速連接器和線纜組件,是實現數據中心高速互連的物理命脈,決定著高速互連的性能邊界,相關技術隨著數據中心建設的加速不斷提速,技術代際升級周期也在縮短。
目前,112Gbps技術已經成為數據中心高速互連市場的主流;224Gbps技術也正在走出早期商業化部署的“試水期”,并在未來兩年走向規模化應用;與此同時,448Gbps技術的研發也已經緊鑼密鼓地展開,并有望在2027-2028年之后落地,為AI大模型的訓練和推理,以及其他新興的技術和應用提供堅實支撐。
“提速”中的技術挑戰
不過,我們必須清楚,從112Gbps到224Gbps再到448Gbps,描述技術迭代的數據看似是線性的,但是由于每次升級都是在挑戰材料和工藝等要素的物理極限,所以連接器開發者面臨的挑戰往往是指數級增加的,這些挑戰來自于信號完整性、熱管理和可擴展性等多個方面。
信號完整性
隨著數據傳輸速度的提升,插入損耗和串擾的影響會變得更加明顯,會導致數據質量下降或傳輸中斷。這就需要通過不斷改進信號調理方法,采用全新的屏蔽技術,以及探索創新的信號調制技術,以確保在密集連接的環境中也能實現可靠的數據傳輸。
熱管理
電連接中的接觸電阻會產生熱量,這對數據中心這種需要高密度互連的應用會產生不利影響。隨著速度的提升,傳統的風冷系統將無法有效處理高速數據傳輸所產生的熱量,因此液體冷卻和混合冷卻等創新方案的研發正在積極推進中,以優化高速互連的熱管理,支持更密集的連接配置,提升高速數據中心的空間利用率。
適應性
出色的適應性體現在三方面:一是回望過去,要向后兼容,與現有基礎設施無縫集成,實現系統平滑升級;二是立足當下,要能夠滿足主流應用高速、高密度互連所需;三是面向未來,要具有良好的可擴展性,支持下一代技術標準,提供更具前瞻性的解決方案。
全方位的技術“推手”
除了上面提到的這三大挑戰,想要順利實現下一代數據中心高速互連的“提速”,還需要從另一個維度進行考量,那就是從整個數據信道和應用的角度考慮,不放過沒一個連接節點,實現整體的系統性能提升。
要知道,在數據中心中數據的傳輸要經過一條復雜的路徑:從芯片到功能模塊和背板,再到機架內不同設備,以及遠至其他機架,構建這條“漫長”的傳輸路徑,需要各種各樣互連組件的參與,其中無論哪一個環節出現“短板”,都會拉低整體系統的性能。
因此高速互連產品的開發者不僅要在單個產品的設計上精益求精,也要具有系統層面的視角和實力,考慮和平衡整個架構中每個組件的信號完整性、外形尺寸等要求,為客戶提供完整的一站式解決方案,讓廝守各個關鍵“關卡”的連接器和線纜組件,都能夠成為高速互連的重要“技術推手”,共同推進下一代數據中心的部署落地。
從應用場景來看,數據中心中所需的高速互連組件包括以下三類:
1設備內互連
同一設備內部板卡、模塊之間的高速信號互連,如CPU/GPU與網卡、存儲控制器之間的互連。主要涉及的高速互連組件包括:板對板連接器、夾層連接器、近芯片(Near-chip)連接器、高速內部I/O連接系統等。
2機架內設備互連
在機架內或相鄰機架間的服務器與交換機、存儲設備與服務器等不同設備之間的短距離連接。典型的互連組件包括:可插拔高速I/O連接器、直接連接銅纜(DAC)、有源銅纜(AEC)、光纖跳線(LC、MTP/MPO)等。
3機架間互連
不同機柜或機架之間的主干連接,通常需要支持更高的帶寬和更長的傳輸距離。這時會用到的高速互連組件包括:光纖連接器(MTP/MPO、VSFF)、高速光模塊、有源光纜(AOC)等。
由上可見,為下一代數據中心打造高速互連解決方案,不能僅依賴單個或幾個產品的“單兵突進”,而是要組織全產品組合進行“集團沖鋒”。
Molex就是有能力組織這種“集團沖鋒”的實力廠商,多年以來一直緊跟數據中心技術演進的步伐,對全數據傳輸路徑上的各個連接組件進行迭代升級,并將每一個單品前向的推力“擰成”合力,為數據中心的“提速”提供強勁的加速度。
今天,我們就帶大家來深入認識幾款能夠為下一代數據中心賦能的Molex高速互連產品組合中的重要“推手”。
高密度高速率光纜組件
與銅芯電纜相比,光纖支持更高的數據吞吐量,因此在數據中心同一機架不同設備互連,以及不同機架之間的互連中,光纜組件是不可或缺的存在。在Molex的數據中心高速互連產品組合中,光纜組件占據著重要一席。
Molex的QSFP-DD 16F線纜組件設計用于提供16芯光纖高速功能,包括跳線和分線等豐富的產品配置,有四種連接器選項可選(MPO轉MPO、MTP轉MTP、MDC或LC),可實現高達28Gbps NRZ或56Gbps的PAM-4數據傳輸,進而支持400G、800G甚至1TB+的聚合數據帶寬。
這些光纖組件采用行業標準MTP和LC連接器,還配有推挽式MTP連接器外殼,可實現快速可靠的連接。產品包括單模和多模OM3或OM4線纜、MTP對MTP跳線和分線器,并提供各種線纜長度。SM和MM電纜組件配備有角拋光連接器(APC),多模電纜還配備了超拋光連接器(UPC),能夠有效提升回波損耗性能,實現更佳的信號完整性。
如果說上述的QSFP-DD 16F線纜組件是滿足現有主流數據中心架構所需,那么Molex的MMC線纜組件則是一款更具前瞻性的解決方案。
具有16芯或24芯光纖的Molex MMC線纜組件采用超小型(VSFF)設計,在相同的面積內實現更高的互連密度,有利于數據中心提升空間利用率,滿足AI等應用對于更高容量和更高性能的需求。MMC線纜組件的優勢體現在以下三個方面:
1更高的空間利用率
MMC連接器緊湊的VSFF設計,使得每個機架單元的光纖密度與標準MPO/MTP解決方案相比提高了3倍,可支持5G、AI和物聯網等應用驅動下,不斷提升數據中心容量的要求。
2出色的EMI防護
MMC系統適配器采用優化的屏蔽設計、接地機制和高質量材料,有助于確保信號清晰、提高信號完整性,降低在易受電子噪聲影響的數據中心復雜環境中的故障風險。
3多樣化場景的適用性
MMC系統為MPO、LC雙工和MDC連接器提供混合電纜組件,可為數據中心的安裝和設計帶來極大的靈活性。其還采用推拉式護套和極化導軌設計,有效減少裝配錯誤的可能性,讓插配安裝更快捷、更輕松。
高速內部I/O連接器系統
隨著數據中心性能的提升,系統復雜性也在增加,這使得數據中心設備設計時,想要實現從A點到B點的復雜信號信道——特別是在高速高頻的情況下——面臨更大的挑戰性。
這樣的設備內部互連設計通常需要滿足:支持更高的數據傳輸功率,可實現更長的傳輸距離,并具有出色的信號完整性,同時還要提供上佳的易用性,簡化操作,減少新手或無經驗的操作人員操作失誤的可能性。
為此,Molex一直致力于開發高速內部I/O互連解決方案,通過高性能的高速雙軸電纜互連方案,取代傳統的中板和背板,以縮短數據傳輸路徑并保持信號完整性,并且提供更佳的可擴展性,無需更改PCB設計即可實現接口標準的升級。
NextStream連接器系統就是Molex的新一代高速內部I/O互連解決方案,其提供高達64Gbps PAM-4的數據傳輸速率,符合PCIe第6代標準,并可升級至PCIe第7代標準,速率翻番達到128Gbps PAM-4,且向后兼容PCIe第4/5/6代標準,為數據中心設計和升級提供了出色的可擴展性,滿足AI、NVMe-EDSFF存儲、CXL、UPI系統和高性能計算等數據密集型應用的需求。
在“提速”的同時,NextStream連接器的插卡保護設計可確保優秀的信號完整性質量。此外,針對大批量生產的工藝優化和材料選擇,以及獨特的觸點和機械設計確保該連接器具備高可靠的性能。
NextStream連接器系統提供垂直、直角和側出電纜設計,具有4x、8x、16x、垂直和直角連接器等多種配置,為數據中心設備的PCB設計提供了極大的靈活性,可廣泛適用于AI服務器、AI GPU模塊、NVMe-EDSFF SSD存儲、CXL內存和ACC轉接電纜安裝等諸多應用。
此外,為了提升易用性,NextStream連接器不僅提供了防錯配功能,而且具有防傾斜和防反插設計,還通過倒角導向器和鎖定聲進一步簡化操作,降低故障率、實現更高的可靠性。
正是由于NextStream連接器綜合性能優異,已被SFF委員會定義為標準SFF-TA-1035,適用于新一代高速電纜連接器系統,這也就意味著其會成為越來越多高速數據中心設備中的標配。
本文小結
在文末,我們做一個小結:在AI等新技術賽道上的比拼,都是以數據中心等數字基礎設施建設為支點的,而高速互連正是打造下一代數據中心的關鍵技術推手之一。
向更高速互連技術邁進,技術代際躍遷不僅是簡單的速率翻倍,更是一場對物理極限、材料科學和信號處理技術的全面挑戰,也是對高速連接器、線纜組件等互連產品的新的考驗和篩選。
在這場競逐中,什么樣的產品和方案能夠憑借深厚的實力、前瞻性的設計脫穎而出?本文介紹的幾款Molex的產品已經給出了答案。想要了解更多技術細節,結識更多下一代數據中心高速互連方案背后的技術“推手”?請訪問貿澤電子相關的技術專題——
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原文標題:下一代數據中心高速互連,誰是背后的技術推手?
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