数据中心网络中的铜缆：是时候向前迈进了吗？谈到数据中心(DC)布线，关于光纤和铜缆之间在接入层争夺霸主地位的旷日持久的斗争已经写了很多。无论您站在辩论的哪一边，不可否认的是，加速的变化正在影响您的布线决策。数据中心通道速度已从40Gbps迅速增加到100GBps，在大型企业和基于云的数据中心甚至增加到400GBps。在更强大的ASIC的推动下，交换机已成为数据中心的主力，因此网络管理员必须决定如何突破并以最有效的方式从交换机向服务器提供更高的数据容量。唯一没有太大变化的是对降低功耗的不懈关注。在本文中，我们将了解数据中心的趋势和变化如何改变铜缆和光纤之间的平衡，以及这对当今的大型企业和基于云的设施意味着什么。铜在数据中心网络中的未来？今天，除了设备分布区(EDA)中的机柜内交换机到服务器连接外，整个DC网络都使用光纤。目前，在机柜内部，铜继续蓬勃发展。铜通常被认为便宜且可靠，因此非常适合短的架顶式交换机连接和小于约50GBps的应用。但是，可能是时候继续前进了。铜在数据中心的消亡由来已久且可以预见。它的有用距离正在缩小，其复杂性正在增加，这使得铜缆难以与光纤成本的持续提高竞争。尽管如此，旧媒体还是设法坚持了下来。然而，数据中心的趋势——更重要的是，对更快的吞吐量和设计灵活性的需求——可能最终预示着数据中心双绞线铜线的终结。铜的生存面临的两个最大威胁是距离限制和快速增长的电力需求——在一个电力预算至关重要的世界里。长距离信号丢失随着速度的提高，通过铜线发送电信号变得更加复杂。电传输速度受ASIC能力的限制，即使是短距离也需要更多的功率。这些问题甚至会影响短距离直连电缆(DAC)的有效性。替代光纤技术在降低成本、功耗和易于操作方面变得越来越有吸引力。随着开关容量的增长，铜线距离问题成为一个明显的挑战。单个1U网络交换机现在支持多个服务器机架——而且，在当今应用程序所需的更高速度下，铜线甚至无法跨越这些更短的距离。因此，数据中心正在摆脱传统的架顶式设计，转而部署更高效的行内或行尾交换机部署和结构化布线设计。能耗在超过10G的速度下，由于设计限制，双绞线铜线（例如UTP/STP）部署实际上已经停止。铜链路从链路的每一端汲取电力以支持电信号。今天的10G铜缆收发器最多消耗3-5瓦[i]。虽然这比用于DAC的收发器低约0.5-1.0W，但它的功率几乎是多模光纤收发器的10倍。考虑到抵消产生的额外热量的成本，铜的运行成本很容易是光纤的两倍。铜线的功率差异超出了网络电缆——它同样适用于交换机内部的铜线。从开始到结束，这些能量损失加起来。虽然数据中心中的一些人仍然提倡使用铜，但证明其继续使用的合理性正在成为一场艰苦的战斗。考虑到这一点，让我们看看一些替代方案。直连铜缆(DAC)有源和无源铜缆DAC已介入将服务器连接到交换机。DAC接线是一种特殊形式的双绞线接线。该技术由两端带有插入式收发器式连接器的屏蔽铜缆组成。无源DAC利用主机提供的信号，而有源DAC使用内部电子设备来提升和调节电信号。这使电缆能够在更长的距离上支持更高的速度，但它也会消耗更多的功率。有源和无源DAC被认为是廉价的。尽管如此，作为一种基于铜的介质，距离衰减的限制仍然是该技术未来发展的一个重大障碍。考虑到新开关可以取代多个TOR开关（从而节省大量资金和电力），DAC可能不是它表面上出现的低成本解决方案。有源光缆(AOC)是有源和无源DAC的演变，带宽性能高达400Gbps。此外，作为光纤介质，AOC比铜更轻且更易于处理。然而，这种技术有一些严重的局限性。AOC电缆必须按长度订购，然后在每次DC提速或更换交换机平台时更换。每个AOC都是一个完整的组件（DAC也是如此），因此-如果任何组件出现故障-必须更换整个组件。与提供最大灵活性和易操作性的光收发器和结构化布线相比，这是一个缺点。也许更重要的是，AOC和DAC布线都是点对点解决方案。因此，它们存在于结构化布线网络之外——使扩展、管理和整体运营效率变得更加困难。其次，作为固定布线解决方案，AOC和DAC无法支持数据中心支持更高容量服务器网络和实施新的、更高效的服务器行设计所需的灵活性。此外，每次提高速度或更换开关时都必须更换AOC和DAC。可插拔光学同时，可插拔光收发器继续改进以利用交换技术的增强。过去，具有四个通道的单个收发器（又名四通道小型可插拔[QSFP]）使DC管理器能够将四个服务器连接到一个收发器。与基于双工端口的交换机相比，这导致网络成本估计降低30%（并且可以说功耗降低30%）。较新的交换机每个收发器连接八台服务器，成本和功耗是其两倍。更好的是，当增加结构化布线的灵活性时，整体设计变得可扩展。为此，IEEE引入了P802.3.cm标准并致力于P802.3.db，其目的是定义用于连接服务器和交换机的收发器。光学器件联合封装(CPO)仍处于早期阶段，它使电光转换引擎更靠近ASIC——消除了开关中的铜迹线。这个想法是为了消除与交换机内的短铜链路相关的电损耗，以实现更高的带宽和更低的功耗。该技术的支持者认为，这是迁移到下一代平台和更高速度同时保持可承受的功率预算的最佳方式。他们的目标是从网络链路中移除最后几英寸的铜线，以实现DC网络所需的全光、ASIC到ASIC效率。这是一个雄心勃勃的目标，需要全行业的协作和新标准来确保互操作性。Wherearewegoing（比我们想象的更快）向800G和1.6T的进军将继续；如果该行业有任何机会满足客户对带宽、延迟、人工智能、物联网、虚拟化等的期望，它就必须……。同时，数据中心必须能够灵活地以对运营和财务有意义的方式卸载和分配来自更高容量交换机的流量。这表明更多的布线和连接解决方??案可以支持各种光纤到服务器应用，例如全光纤结构化布线。目前，根据IEEE以太网路线图，16芯光纤基础设施可以提供一条通往更高速度的干净路径，同时有效利用可用带宽。使用16芯光纤设计的结构化布线也允许我们打破容量，因此单个交换机可以支持192个服务器。在延迟和成本节约方面的好处是显着的。在康普，这就是我们从大型企业和云数据中心客户那里看到和听到的。他们中的大多数人已经达到了一个临界点，并且正在全速前进，因为他们看到了超大规模并意识到即将发生的事情。铜的寿命终于过时了吗？最简短的回答是否定的。对于较小的数据中心，将继续存在某些低带宽、短距离应用，其中铜的低价点超过其性能极限。CPO和前面板可插拔收发器也可能发挥作用。根本没有放之四海而皆准的解决方案。话虽如此，对于那些想知道是否该逐步淘汰铜缆并准备好采用全光纤的人，这里有一些建议。用美国记者兼作家DamonRunyon的话来说，“比赛并不总是关于速度或强者的战斗，但它肯定是下注的方式。”
