柜顶交换带你至何处？
在之前的一篇博客文章中，我们讨论了SFP直连电缆（DAC）是如何支持柜顶（ToR）交换机至服务器部署中的企业服务器速度，即通过SFP28 DAC支持25Gig的下行链路速度以及未来通过新兴的SFP56 DAC实现50 Gig的潜力。但事实是，更大的云和企业数据中心已经看到了对100 Gig服务器速度的需求，并且预计未来需要更快的速度。
但是，柜顶部署是否会以这些下一代的速度继续支持交换机到服务器的连接？让我们仔细看看所涉及的技术和关键考虑因素。
我们是如何一路走来 ?
支持更快传输速度的能力与用于将数据转换为数字信号的二进制编码方案有很大关系。 虽然我们不会深入研究编码背后的物理原理，但它本质上是通过不连续的电平将数据转换为二进制位（即 1 和 0）的过程。 长期以来在数据传输中最常用的编码方案是不归零（NRZ），它对两个二进制数字使用两种不同的电压电平，其中正电压代表“1”，负电压代表“0” （也称为双极性脉冲幅度调制，或 PAM2）。 NRZ 编码在过去几十年中取得了重大进展，主要用于支持数据中心链路中每通道 1、10 和 25 Gb/s 的比特率。
当我们再来看一下小型可插拔接口技术时，分别支持10和25 Gig的单通道SFP+和SFP28高速互连基于NRZ编码。对于更高的速度，支持40和100 Gig的4通道QSFP+和QSFP28互连也基于NRZ - 每通道10 Gb/s比特率的QSFP+和每通道25 Gb/s比特率的QSFP28。 从技术上讲，因为NRZ可以支持50 Gb/s的比特率，所以单通道SFP互连支持50 Gig和4 通道QSFP互连使用NRZ编码支持200 Gig似乎是合乎逻辑的。然而，当NRZ速度超过25 Gb/s比特率时，信道损耗就成为一个问题。进入四级脉冲幅度调制或称PAM4。
PAM4编码通过使用四个电压电平而不是两个电压电平，在NRZ的每个相同信号周期内提供两倍的比特率，支持50和100 Gb/s比特率，而不会增加信道损耗。对于小型可插拔接口技术，PAM4现在为我们提供了50 Gig的单通道SFP56互连和200 Gig的四通道QSFP56互连。PAM4也是实现400 Gig应用的原因 - 双密度8通道QSFP-DD接口依赖于PAM4 的50 Gb/s比特率来实现400 Gig（即50 Gb/s X 8通道），这对于交换机到交换机部署很理想。可惜，PAM4提供的吞吐量增加是有代价的。
什么是FEC?
PAM4编码比NRZ更容易受到噪声的影响。为了提高性能并抵消由增加的噪声引起的任何潜在错误，PAM4信号使用高级前向纠错（FEC）。FEC的工作原理是添加冗余数据，接收器可以检查和使用这些冗余数据来纠正错误并恢复原始数据，而无需重新传输信号。PAM4需要FEC，但会增加延迟，通常为100到500毫秒 (ms)。
虽然进行了很多低延迟FEC的研发，试图将延迟减少50%，但事实是某些应用根本无法容忍延迟。对于金融交易、边缘计算、互动游戏、视频会议、虚拟和增强现实、人工智能、实时监控和数据分析等应用，任何超过100毫秒的延迟都会影响性能。例如，在游戏中，超过100毫秒的延迟对玩家来说意味着明显的拖滞。对于希望支持这些应用的数据中心，交换机到服务器连接的延迟是一个重要考虑因素。
由于使用PAM4的FEC增加了延迟，目前最高速度和最低延迟选项是4通道QSFP28 DAC，它在最长3米的距离上支持100 Gig，使用NRZ和不需要FEC的25 Gb/s比特率。虽然大多数企业数据中心刚刚开始转向使用单通道SFP28 DAC的25 Gig服务器连接，但4通道QSFP28 DAC支持迁移到更高速、低延迟的100 Gig服务器连接，以支持新兴的实时应用。
有哪些选项?
对于现有的NRZ编码，西蒙目前提供多种产品选择，使用高速互连在数据中心支持10到100 Gig交换机到服务器的连接。其中包括用于机柜内ToR部署中的短距离（1至3米）链路的直连DAC，或用于机柜到机柜部署（例如，列头）中的更长距离（1至20米）链路的直连有源光缆（AOC）。对于单个交换机端口连接到多个低速服务器的扇出应用，西蒙还为DAC和AOC提供了各种混合分支组件。正如在之前的博客文章中所强调的，在DAC和AOC之间进行选择时，重要的是要考虑密度、距离、功耗、可扩展性和互操作性，以及总体成本和可用性。西蒙目前的产品包括：
10 Gig的SFP+ DAC和AOC- 25 Gig的SFP28 DAC和AOC
- 40 Gig的QSFP+ DAC和AOC
- 100 Gig的QSFP28 DAC和AOC
- 4X10 Gig 扇出组件QSFP+ 至 4 SFP+ DAC 和 AOC
- 4X25 Gig 扇出组件QSFP28至4 SFP28 DAC和AOC
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随着PAM4编码的引入，DAC和AOC将支持未来的200和400 Gig网络。您可以放心，西蒙已经关注市场并计划在这些更高速的交换机至服务器连接场景成熟时引入PAM4高速互连。值得关注的未来PAM4选项包括：
- 200 Gig 的QSFP56 DAC和AOC
- 2×200 Gig 扇出组件QSFPDD至2 QSFP56 DAC和AOC
技术发展并未止步于此。虽然PAM4到NRZ转换技术可用于AOC，以支持使用QSFP-DD到QSFP28混合组件的4X100 Gig扇出应用，但成本始终是一个因素。因此，正在开发更具成本效益的PAM4到PAM4扇出应用，使用的是QSFP-DD到双通道（即双密度）SFP接口和PAM4 50 Gb/s比特率的DAC。但是，目前尚不清楚哪种双密度SFP接口（SFP-DD或DSFP）将成为此4X100 Gig分支解决方案的主要连接器。那么这对您的数据中心意味着什么呢？
关键的一点是，PAM4编码技术的引入使DAC和AOC能够支持10到400 Gig的直连链路，包括用于最新实时应用的使用NRZ编码技术的最低延迟的100 Gig QSFP28 DAC。这意味着使用DAC的ToR交换机至服务器部署将继续存在，并将带您到达您的目的地。
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关于西蒙
成立于1903年的西蒙公司，是行业的领导者，专门从事高品质、高性能的IT基础设施解决方案和服务的设计与制造，用于数据中心、局域网和智能建筑。公司总部位于美国康涅狄格州，拥有全球性的销售、技术和物流网络，涵盖世界100多个国家，提供最全面的铜缆和光缆布线系统、机柜、机架、线缆管理、数据中心配电系统，以及智能基础设施管理解决方案。西蒙拥有超过400多项结构化布线的有效专利，其西蒙实验室将大量资源投入到在研发和行业标准的发展，并强调公司对客户和行业的长期承诺。通过持续致力于减少废料和节约能源，西蒙公司的环境可持续性指标在行业界是无与伦比的，全球负碳排放达179%，实现零填埋。
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赵婷
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