更快的服务器连接速度即将到来
随着数据中心网络速度因新兴技术的推动而不断攀升，交换机与服务器之间的连接速度也达到了前所未有的水平。西蒙公司高速互连专家Ryan Harris为我们解析了短距离高速线缆组件如何在新一代服务器系统中帮助我们更有效地利用预算，获得更加经济高效的解决方案。
随着人工智能、机器学习、边缘计算等新兴技术在企业中的广泛应用，数据中心服务器系统正面临着更高的速度要求，以满足这些新兴技术的需求。目前10和25 Gb/s的服务器连接速度足以满足移动应用来处理每秒的大量请求，并为支持高清视频内容提供足够的带宽。但是，基于文本的生成式AI（人工智能）、先进的边缘推理和机器学习技术，已经开始需要100 Gb/s甚至更高的连接速度。
然而，人工智能领域的最新进展已经对网络带宽和速度提出了全新的高标准。图形处理单元（GPU）的强大功能使服务器系统在短短数周内就能分析和训练视频模型。这一突破性的发展得益于服务器连接速度的大幅提升，从200 Gb/s直至400 Gb/s，并且未来还有望达到800 Gb/s。
数据中心网络工程师面临着挑战，需要找到成本与性能之间的最佳平衡，以满足组织多样化的需求。在数据中心中，虽然有多种线缆选项可用于加快交换机到服务器的连接速度，但短距离、高速线缆组件是最具性价比的选择。它们不仅能支持高速连接，还具备更高的能效和更低的延迟，满足了新兴应用对数据传输的需求。
快速部署保持灵活
高速点对点线缆组件被广泛部署在位于边缘的大小型托管数据中心，以及采用柜顶（ToR）或列末（EoR）架构设计的企业内部数据中心中。
列末（EoR）拓扑架构在数据中心的每列末端设置了一个大型网络交换机，用于与多个服务器机柜进行连接。相较于其他架构，EoR减少了接入层交换机的数量，使得网络工程师在进行系统更新时更为便捷。然而，它的部署过程相对复杂，并且会占用更多的空间。此外，该布线方案通常需要配备线缆管理系统，以及使用昂贵且能耗较高的长距离收发器模块，这与短距离点对点线缆相比，无疑增加了成本和能耗。
另一种方式是采用柜顶（ToR）设计，这种设计无论在大空间还是小空间内都能实现快速部署。在ToR架构中，网络交换机直接安装在每个机柜内部，并与该机柜内的服务器相连，因此非常适合数据中心的快速扩展。此外，由于交换机与服务器间的距离缩短，这种设计还简化了线缆管理和故障排除流程，但缺点是增加了需要管理的交换机数量。
高速服务器连接通常可以通过直连铜缆（DAC）、有源光缆（AOC）或收发器组件来实现。不同的线缆选项可以支持从10 Gb/s到800 Gb/s的传输速度，确保了数据中心设施在网络设备需要更新升级时具备充足的适应能力。
随着新型GPU能耗的持续攀升，服务器之间的距离增加，为确保服务器系统密度保持在机柜范围内，创新的冷却技术正逐步被采用。此外，知名芯片制造商英伟达（Nvidia）近期在GTC 2024大会上展示了其最新研发的Blackwell GPU，这款强大的GPU被精心整合至其GB200 NVL72整机柜设计中。随着AI GPU和服务器设计在物理空间上更加紧凑，这使得柜顶（ToR）架构的服务器系统不仅能满足当前需求，还能应对未来如视频训练或视频推理等潜在需求。
尽管如此，由于功率和基础设施的限制，仍有部分超大规模服务器系统采用EoR架构进行部署。其实，当面对计算需求的不确定性时，部署可扩展的ToR系统，并结合混合云架构，更有助于实现资源的有效平衡，避免本地服务器系统的闲置和浪费。
几种线缆各有所长
让我们更深入了解一下用于服务器连接的三种布线选项。直连铜缆（DAC）无疑是机柜内连接的最佳选择，它几乎零功耗（仅0.01W至0.05W），支持数据中心内的高密度服务器连接，还具备低延迟的特点，且成本最低。只需三米长的线缆，即可在机柜内部轻松实现从上到下的服务器连接。不过无源DAC跳线在高速传输时由于缺少有源芯片而有所限制，因此，有源铜缆正作为一种创新解决方案崭露头角。有源铜缆不仅长度更长、直径更小，而且有效扩大了短距离铜缆在服务器连接中的应用范围，为未来提供了更多的可能性。
有源光缆（AOC）支持更长的链路、更高的速度和更小的线缆直径，能支持长达30米的连接。然而，采用低功耗多模短距离光器件的AOC相较于直连铜缆（DAC）来说，成本会更高。尽管如此，AOC的小线径设计在柜顶（ToR）架构中能够有效提升内部机柜的连接密度，并简化跨多个机柜的交换机聚合连接。同时，其点对点线缆组件设计，也为快速部署提供了便利。
使用光收发器加结构化光纤布线可覆盖长达 100 米的距离，这在需要连接多列设备时特别有用。虽然光收发器是三种选项中最昂贵的，但其配备的光纤线缆直径较小，便于布线，且能够充分利用现有的布线基础设施，避免了重复建设的成本。
下图展示了在500个服务器连接场景下，使用100G（每通道25G）直连铜缆（DAC）的购买成本和能耗成本的对比。随着服务器连接数量的增加，这些成本也会迅速变大。同时，随着传输速率的提升，有源芯片的价格和能耗也会随之攀升。因此，在规划部署策略以支持新一代服务器系统时，综合考虑预算和能源效率，选择合适的布线方案成为一项至关重要的决策。
边缘服务器与数据中心服务器之间的连接存在多种解决方案，这使得制定前瞻性的规划决策变得比以往任何时候都更为复杂。遵循行业标准的最佳实践是确保决策稳健的可靠方式。在快速变革的时代，保持灵活性对于跟上时代步伐至关重要。在选择新一代网络拓扑所需的线缆组件时，网络主管可以借鉴一种灵活的部署策略，即使用ToR（柜顶）架构服务器系统中的点对点高速线缆组件，以实现更高的效率和更低的成本。同时，与可信赖的高速线缆组件制造商合作，将有助于在全面评估各种选项后，做出更加明智和合理的决策。
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