新一代數(shù)據(jù)中心的連接之“道”

2023年上半年，想必很多人都被ChatGPT刷屏了，這種基于龐大的數(shù)據(jù)集訓(xùn)練，能夠瞬間生成文本、視頻、音頻、圖形等內(nèi)容的“生成式AI(Generative AI)”，帶給人們的體驗是顛覆性的。在此之后，科技圈就掀起了新一波的AI熱潮。

毫不夸張地講，ChatGPT邁出的這一步是革命性的，隨著生成式AI向各個領(lǐng)域的滲透，人們有理由對AI未來的走勢給出一個更為樂觀的預(yù)期——有分析數(shù)據(jù)顯示，到2030年，AI將形成一個價值2萬億美元的產(chǎn)業(yè)，從汽車到量子計算、軟件開發(fā)、基因組學(xué)和數(shù)據(jù)挖掘，都將會成為未來AI發(fā)展的著力點。

而隨著AI應(yīng)用的擴(kuò)展，更大規(guī)模的數(shù)據(jù)需要去挖掘和處理，新的挑戰(zhàn)也在顯現(xiàn)。這些挑戰(zhàn)的壓力很大一部分會落到數(shù)據(jù)中心的身上，畢竟作為我們這個智能時代的“云腦”，數(shù)據(jù)中心所輸出的算力資源無可替代。雖然在過去的20年中，在云計算和物聯(lián)網(wǎng)的推動下，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)獲得了長足的進(jìn)步，但是面對AI這個算力消耗驚人的“怪獸”，人們必須提前有所準(zhǔn)備，以更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)中心去滿足其“胃口”所需。

打造新一代的數(shù)據(jù)中心，需要有多維度的技術(shù)考量，比如更高性能的計算架構(gòu)、更大容量的高速存儲、更大功率的配電系統(tǒng)、更高效的冷卻技術(shù)、更智能的運(yùn)維管理……不過，其中有一個非常重要的課題無法回避，那就是更高速和高密度的連接解決方案。

圖1：AI快速推動新一代數(shù)據(jù)中心發(fā)展

（圖源：Molex）

新一代數(shù)據(jù)中心的連接技術(shù)

其實一直以來，連接技術(shù)的進(jìn)步都綁定著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展一路狂奔。根據(jù)以往的經(jīng)驗和近期的觀察，我們會發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心連接技術(shù)的下一步演進(jìn)將聚焦在兩個方面。

1 高速率

一個方面，自然是對于更高數(shù)據(jù)傳輸速率的追求，這也是數(shù)據(jù)中心升級之路上的核心技術(shù)指標(biāo)。

根據(jù)中國信通院的研究報告，針對大規(guī)模云計算數(shù)據(jù)中心和高性能計算應(yīng)用場景，業(yè)界自2018年就已經(jīng)開始推出和部署400G交換機(jī)，2022年起400G架構(gòu)將逐漸成為數(shù)據(jù)中心的主流，而緊接著從2023年開始，800G方案也將步入快速發(fā)展期。而且我們有理由相信，生成式AI的這把火會加速技術(shù)升級的整體進(jìn)程。

為了滿足數(shù)據(jù)鏈路吞吐量的需求，數(shù)據(jù)中心連接方案也在同步加速。以高速IO連接器為例，目前單通道56Gbps PAM-4速率的產(chǎn)品已經(jīng)成熟，112Gbps PAM-4技術(shù)的商用滲透率也在快速提升，而且像Molex這樣的連接器頭部廠商對于224 Gbps-PAM4解決方案的開發(fā)也已起步，以確保向800G聚合帶寬或更高性能的技術(shù)節(jié)點快速演進(jìn)。

2 新架構(gòu)

除了高速率，新一代數(shù)據(jù)中心連接技術(shù)升級中需要考慮的另一個方面，就是適應(yīng)新架構(gòu)的要求。

大家知道，隨著數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場景的增多和日趨復(fù)雜，數(shù)據(jù)中心構(gòu)建中不但要考慮綜合性能的提升，還需要從不同方向、針對不同場景來優(yōu)化方案，滿足更加細(xì)分市場的需求，這就對數(shù)據(jù)中心整體架構(gòu)設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。

為此，2011年由Facebook聯(lián)合Intel、Rackspace、高盛和Arista Networks等公司發(fā)起了OCP開放計算項目(Open Compute Project)，旨在通過開放開源硬件技術(shù)，實現(xiàn)可擴(kuò)展的計算，提升數(shù)據(jù)中心硬件設(shè)計的效率。此項目獲得了積極響應(yīng)，全球數(shù)百家企業(yè)、數(shù)以萬計的參與者正在圍繞冷卻環(huán)境、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲、硬件管理、機(jī)架與電源、AI、邊緣計算等項目展開卓有成效的工作，構(gòu)建開放、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。根據(jù)IDC的預(yù)測，OCP基礎(chǔ)設(shè)施的市場規(guī)模從2019年到2024年將保持16.6%的年復(fù)合增長率，并達(dá)到338億美元，屆時OCP標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器占比也將從2020年的18%提升至24%。

OCP這類新一代數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)，對于相關(guān)連接技術(shù)的影響也是顯而易見的。以數(shù)據(jù)庫機(jī)架和電源設(shè)計為例，為了進(jìn)一步提升部署密度和能效，OCP發(fā)起了Open Rack項目，這也是在OCP社區(qū)中最具有影響力的標(biāo)準(zhǔn)項目之一。隨著市場和技術(shù)的發(fā)展，原有被廣泛采用的Open Rack2.0標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到了物理極限，難以適應(yīng)AI等新興應(yīng)用的需求，向Open Rack3.0（ORV3）邁進(jìn)已經(jīng)是大勢所趨。據(jù)悉，ORV3將支持48V供電、水冷散熱，并將高度從41OU增加到44OU，同時調(diào)整了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)新的業(yè)務(wù)需求。隨著標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)，連接技術(shù)也必須與其保持同步，以提供更強(qiáng)大的連接性、更高的可靠性和更靈活性，讓數(shù)據(jù)中心架構(gòu)升級之旅更順暢。

由此可見，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為當(dāng)今連接技術(shù)發(fā)展的重要推手，而連接技術(shù)也只有遵循數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢，找到自身的發(fā)展之“道”，才能跟上技術(shù)和市場的腳步。

在探索高速數(shù)據(jù)中心的連接之“道”上，Molex頗有心得，也很有建樹，這些年一直在跟隨著數(shù)據(jù)中心技術(shù)升級的步伐推出豐富的產(chǎn)品和創(chuàng)新的解決方案，幫助客戶應(yīng)對復(fù)雜的，或者是前瞻性的數(shù)據(jù)中心設(shè)計挑戰(zhàn)。

突破高速IO接口的極限

在支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率方面，考驗連接器廠商實力的一個代表性的產(chǎn)品就是高速可插拔IO連接器。在小型封裝 (SFF) 委員會的多源協(xié)議 (MSA) 推動下，高速可插拔IO系統(tǒng)一直沿著高速和高密度的方向快速演進(jìn)，為數(shù)據(jù)中心等高性能計算應(yīng)用提供有力的支持。

在MSA的系列標(biāo)準(zhǔn)中，能夠同時將高速和高密度特性發(fā)揮得淋漓盡致的要算是QSFP-DD標(biāo)準(zhǔn)了。QSFP-DD互連系統(tǒng)與前一代QSFP外形規(guī)格相同，但是通道數(shù)量從4個增加到8個，連接的面板密度提升了一倍，總共包括256個差分線對和32個端口，換言之其在相同的外形規(guī)格內(nèi)可提供雙通道連接密度。因此QSFP-DD互連系統(tǒng)的8通道電氣接口基于28G NRZ、56G PAM-4和112G PAM-4的單通道傳輸速率，聚合速率可高達(dá)200Gbps、400Gbps或800Gbps，且向后兼容QSFP標(biāo)準(zhǔn)。

Molex的QSFP-DD互連系統(tǒng)和電纜組件就是按照這一標(biāo)準(zhǔn)而打造的高速可插拔IO解決方案，其支持28Gbps NRZ和56Gbps PAM-4，能夠滿足或超出當(dāng)前200G以太網(wǎng)和InfiniBand 100G (EDR) 應(yīng)用的需求，也支持傳統(tǒng)10Gbps以太網(wǎng)、14Gbps (FDR) InfiniBand和16Gbps光纖信道應(yīng)用，而且其電纜組件符合IEEE 802.3bj、InfiniBand EDR和SAS 3.0規(guī)格，適用于多種下一代技術(shù)和應(yīng)用。

同時，其接合設(shè)計采用窄邊、耦合盲插、成形觸點的構(gòu)型和嵌件成型方案，可以提供出色的信號完整性 (SI) 性能以及極低的插入損耗 (IL)。堅固耐用的不銹鋼外殼，也有助于實現(xiàn)更好EMI防護(hù)和抵御外力的沖擊。加上QSFP-DD標(biāo)準(zhǔn)固有的向后兼容性，Molex的QSFP-DD互連系統(tǒng)和電纜組件可以為數(shù)據(jù)中心向更高性能和更新架構(gòu)的迭代提供理想的解決方案。

圖2：Molex QSFP-DD互連系統(tǒng)和電纜組件

（圖源：Molex）

支持無縫的背板互連性能升級

在高性能的數(shù)據(jù)中心中，背板互連是至關(guān)重要的一環(huán)，相關(guān)的背板連接器不但要能夠滿足更高的傳輸速率、提供更高的連接密度，也要盡可能減少插入損耗并實現(xiàn)更好的信號完整性，還要考慮到系統(tǒng)設(shè)計的靈活性和可擴(kuò)展性。

Molex的Impel背板連接器系統(tǒng)，就是這樣一種具有出色的信號完整性、高連接密度，數(shù)據(jù)速率高達(dá)40Gbps的解決方案（Impel Plus支持的速率可達(dá)56Gbps）。同時，由于具有向后和向前的兼容性，Impel背板連接器也可以為整個系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級提供便利。

當(dāng)然，上面的介紹只是勾勒出了Impel背板連接器的一個概貌，實際上為了達(dá)到這樣特性，實現(xiàn)高速高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，Impel背板連接器進(jìn)行了一系列的優(yōu)化設(shè)計。

●   采用交錯式排針-引腳接口，提供出色的信號完整性和機(jī)械隔離，避免插接時造成針腳彎曲。

●   90歐姆標(biāo)稱阻抗，以減少阻抗不連續(xù)性。

●   提供多種引腳間距選項，為PCB設(shè)計人員帶來信號走線四路布線（每層兩對）的靈活性，從而減少PCB層數(shù)。

●   接地尾部對準(zhǔn)器，可改善接地返回路徑，盡可能減少阻抗不連續(xù)性，減少串?dāng)_。

●   增強(qiáng)的0.36mm金屬化孔直徑，滿足制造寬高比，同時改進(jìn)電氣性能。

●   無時滯設(shè)計，無需在PCB布線上補(bǔ)償連接器時滯。

●   兩種引腳兼容連接選擇，每個正交節(jié)點有18至72個差分對，為客戶提供更大的設(shè)計靈活性，并提升機(jī)械和電氣性能。

●   符合IEEE 10GBASE-KR和OIF Stat Eye的通道性能，提供了端到端的通道性能相容性。

●   可提供定制電纜組件，提供完整的通道解決方案，滿足應(yīng)用規(guī)格的設(shè)計靈活性。

綜上所述，緊湊的Impel背板互連系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)中心背板連接遷移到40Gbps或更高速率提供了可靠而靈活的解決方案，而無需完全重新設(shè)計其架構(gòu)或更換原有的硬件，有助于實現(xiàn)無縫的數(shù)據(jù)中心性能升級。

圖3：Molex的Impel背板連接器系統(tǒng)

（圖源：Molex）

滿足新一代配電架構(gòu)設(shè)計要求

在數(shù)據(jù)中心中，安全可靠的電力供應(yīng)對于實現(xiàn)高效的運(yùn)營至關(guān)重要，這就需要靈活而可靠的配電網(wǎng)絡(luò)提供支持，而母線和母線連接器是構(gòu)成數(shù)據(jù)中心配電網(wǎng)絡(luò)的支柱。

Molex的PowerPlane母線電源連接器和電纜組件就能夠滿足這樣的設(shè)計要求。這些電源連接器和電纜組件可以提供高電流性能以及各種配置和功能選項，具有更高的可靠性和增強(qiáng)的性能，非常適合數(shù)據(jù)中心中的各種配電應(yīng)用。

特別值得一提的是，PowerPlane電纜組件還符合新的OCP ORV3標(biāo)準(zhǔn)，可滿足下一代數(shù)據(jù)中心更高效、更靈活的配電架構(gòu)的需求。

圖4：符合ORV3標(biāo)準(zhǔn)的PowerPlane電纜組件

（圖源：Molex）

從具體的產(chǎn)品特性來看，PowerPlane電纜組件在提升性能、可靠性和易用性上有不少可圈可點之處。

●   在垂直和水平方向上均支持±3.00m浮動，可充分補(bǔ)償插配時的錯位，方便易用。

●   提供可選的集成機(jī)箱接地觸點，無需單獨輔助接地連接，可簡化系統(tǒng)設(shè)計。

●   可靠的焊接端子可支持與各種線束的端接，其還可提供低壓降，以實現(xiàn)出色的電氣性能。

●   符合ORV3 IT的電纜組件兩側(cè)均設(shè)有可選的檢測觸點，支持控制器熱插拔，實現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)。

可見，符合OCP ORV3標(biāo)準(zhǔn)的PowerPlane電纜組件已經(jīng)為滿足新一代數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)設(shè)計要求做足了功課。

圖5：PowerPlane電纜組件的主要特性

（圖源：Molex）

本文小結(jié)

AI技術(shù)的發(fā)展及其在各個領(lǐng)域日益廣泛的應(yīng)用，正在改變我們對于數(shù)據(jù)處理和使用的方式，也使得數(shù)據(jù)中心的發(fā)展迎來了一個新的拐點。選擇和應(yīng)用創(chuàng)新的連接解決方案，是我們能否跟上這一輪技術(shù)進(jìn)步的節(jié)奏，享用下一波市場紅利的關(guān)鍵。

好消息是，Molex以先進(jìn)的產(chǎn)品和完整的解決方案，已經(jīng)為我們鋪設(shè)好了一條通往新一代數(shù)據(jù)中心的連接之“道”。想要先人一步抵達(dá)終點，這條捷徑你一定不要錯過！