Steigerung der Geschwindigkeit und Effizienz in Rechenzentren

Der I/O-Steckverbinder sollte bei der Wahl des Kabeltyps für die jeweilige Anwendung maximale Flexibilität bieten. Nehmen wir z. B. ein Rack mit Servern, die alle an einen Top Of Rack-Schalter angeschlossen sind. Die meisten dieser Verbindungen sind recht kurz (höchstens drei Meter), sodass Kupferkabel die günstigere Option ist. Einige Verbindungen können jedoch länger sein und Glasfaserkabel erfordern. Mit Steckverbindern mit einem steckbaren Formfaktor (Pluggable I/O) wie SFP+, SFP28, QSFP+ oder QSFP28 ermöglicht der Hersteller dem Rechenzentrumsbetreiber die Auswahl des richtigen Kabels für die jeweiligen Anforderungen.

Im Rahmen der Branchentrends erfordert die Serverzusammenschaltung möglicherweise 1 Gbit/s, für einige der anspruchsvolleren Anwendungen unterstützen Server jedoch mittlerweile auch 10 oder gar 40 Gbit/s. 40-Gbit/s-Verbindungen sind bereits seit einigen Jahren auf dem Markt, der neueste Trend geht jedoch hin zu 25-Gbit/s-Lösungen. Bei der 40-Gbit/s-Lösung werden vier Datenleitungen mit jeweils 10 Gbit/s implementiert, sodass der Hersteller „intelligente“ Ausrüstung zusammenstellen kann, die die Daten aufnehmen, in vier Leitungen aufteilen und anschließend in einem 40 Gbit/s-Stream zusammenführen kann. Im Gegensatz dazu wird bei 25 Gbit/s eine einzelne Leitung verwendet, wodurch der Overhead geringer und die Implementierung im Server und Schalter einfacher sind.

Wenn Sie einen Kupferkabelsatz durch ein optisches Modul ersetzen, wird das Signal von einem elektrischen in ein optisches umgewandelt, sodass das Modul nun Energie abgibt. Dies mag bei einem Server mit nur einer oder zwei Zusammenschaltungen weniger entscheidend sein, bei einem Schalter mit bis zu 48 Zusammenschaltungen fällt dies aber sehr ins Gewicht. Das Wärmemanagement wird wichtig, da die Ausrüstung nun über 48 kleine Heizungen verfügt, die zu der bereits von den internen Komponenten erzeugten Wärme hinzukommen.

Bei optischen Zusammenschaltungen müssen die Hersteller durch die veränderte Dynamik entsprechende Optimierungen vornehmen. Zudem benötigen sie optische Module, die weniger Leistung abgeben, sowie I/O-Steckverbinder, die für diese thermische Last geeignet sind.

Die Steckverbinder für die Schalter müssen möglichst klein sein, um die höchste I/O-Dichte zu ermöglichen und gleichzeitig für optische Module mit den angesprochenen thermischen Lasten geeignet zu sein. Die Kunden wünschen 24, 48 oder sogar noch mehr Verbindungen in einem 1RU-Chassis. Eine Antwort der Branche sind die neuen SFP-DD, OSFP- und QSFP-DD-Steckverbinder. Erst kürzlich wurden diese neuen Steckverbinderstandards im Rahmen von MSAs (Multi-Source-Agreement) definiert, um nicht nur eine höhere Dichte zu ermöglichen, sondern auch ein verbessertes Wärmemanagement, wodurch bis zu 12 Tbit/s in einem 1RU-Chassis möglich sind.

Obwohl die Gesamtleistung eines Zusammenschaltungskanals (Hostverlust + Steckverbinder + Kabelsatz usw.) durch Standards vorgegeben wird, setzen die Steckverbinderhersteller zudem auf eine verbesserte Signalintegritätsleistung. So bieten Steckverbinder oder Kabelsätze mit höherer Leistung dem Ausrüstungsdesigner mehr Entwicklungsfreiheit im Hinblick auf längere Kabelreichweiten oder kostengünstigere Leiterplattenmaterialien. Steckverbinder werden heute mit mehreren 25-Gbit/s-Paaren für 25-, 100- und 400-Gbit/s-Anwendungen geliefert. Zudem sind auch schon 50-Gbit/s-Paare in Entwicklung oder bereits erhältlich.

Da die Ausrüstung eine I/O-Leistung mit höherer Dichte unterstützen muss, muss auch die Backplane für die steigende Gesamtdatenrate geeignet sein. Für eine Leitungskarte, die 24 oder 48 100-Gigabit-Anschlüsse unterstützt, ist ein Backplane Steckverbinder mit einer entsprechenden Kapazität erforderlich. Ausrüstungshersteller benötigen Backplane Steckverbinder der nächsten Generation, die Bandbreiten von 10, 25 und 50 Gbit/s und mehr pro Differenzialpaar unterstützen.

Tatsächlich denken Ausrüstungsentwickler zunächst an die Backplane. Sie verkaufen diese Ausrüstungskomponente an große Netzwerkanbieter, die erwarten, dass diese möglichst viele Jahre lang hält. Wenn sie es schaffen, das Backplane-Chassis so zu bauen, dass es für eine Leitungskarte der ersten Generation mit 10 Gbit/s ebenso geeignet ist wie für jene der zweiten Generation mit 25 Gbit/s sowie später für 50 und 100 Gbit/s, dann kann ein und dieselbe Ausrüstung für lange Zeit im Rechenzentrum weiterverwendet werden, denn es müssen nur die Leitungskarten ausgetauscht werden.

Der Ausrüstungsentwickler konzentriert sich zudem auf die Stromversorgungsarchitektur. Wie bereits erwähnt, führen größere Bandbreite und I/O-Dichte zu einem höheren Energieverbrauch. Steckverbinderanbieter ermöglichen solche Architekturen dank Leistungssteckverbindersystemen mit höherer Dichte und geringerem Verlust (Spannungsabfall) für Sammelschienen-, Backplane- oder verkabelte Stromversorgungsarchitekturen.

Nathan Tracy verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in Sachen Technologieentwicklung, Marketing, Vertrieb und Unternehmensentwicklung bei TE Connectivity. Derzeit ist er als Technologe Teil des Systemarchitekturteams und Manager im Bereich Branchenstandards. Er kümmert sich um Aufgaben im Zusammenhang mit den Standards und arbeitet mit wichtigen Kunden an neuen Systemarchitekturen für den Datenkommunikationsmarkt.