高速連接系統(tǒng)設(shè)計(jì)在云計(jì)算中面臨的挑戰(zhàn)

　　如果用于高速連接的無源線纜受到體積龐大和彎曲半徑問題的困擾，則光纖解決方案的問題便是高功耗和高成本?？雌饋?，似乎必須使用一種折中辦法來解決這個(gè)問題。答案就是一種被稱作“有源銅線”的技術(shù)—這是一個(gè)聰明的想法，其將一些有源元件嵌入到導(dǎo)體外殼中，以對由小標(biāo)號線引起的高頻損耗進(jìn)行補(bǔ)償。這種解決方案允許使用一些具有“光纖型”彎曲半徑和大體積且功耗較高的小標(biāo)號線。如DS100BR111等設(shè)備使用10 Gbps時(shí)每條通道的功耗一般低于65 mW，其常用于SFP+ 有源線應(yīng)用。

　　應(yīng)用于10 Gbps以太網(wǎng)時(shí)，大多數(shù)情況下這種能夠提高線纜信號完整性的技術(shù)僅限于15米以下的連線長度。但是，如前所述，大多數(shù)連接線都在3米以下，可輕松地使用有源銅線替換無源或者光纖線。今天，這種方法常用于10 Gbps連接。但是，未來正快步向我們走來，即使是10 Gbps連接也將無法滿足需求。

　　在光纖連接世界里，基本上有兩種連接：1）短距離連接（小于1000 米）；2）遠(yuǎn)距離（大于1000米）通信。更長的光纖連接形成我們現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的骨干網(wǎng)絡(luò)，常使用 100 Gbps WDM光纖技術(shù)。為了降低這種技術(shù)的成本，包括Google、博科通訊 （Brocade Communications）、JDSU等在內(nèi)的各大公司，于2011年3月批準(zhǔn)了一個(gè)10 x 10 Gbps多源協(xié)議 （MSA），用于物理媒介依賴（PMD）子層，其為C形狀系數(shù)（CFP）模塊提供一種通用架構(gòu)。

　　CFP連接器適用于要求100 Gbps通信的低數(shù)目/長距離連接。但是，SFP和四通道SPF接口（QSFP）連接器擁有更高的密度，本地開關(guān)和路由器均要求這種高密度。今天，通過組合四條 10 Gbps數(shù)據(jù)通道，四通道SFP連接器用于40 Gbps以太網(wǎng)。下一步的發(fā)展將是從10 Gbps轉(zhuǎn)到25 Gbps通道。它通過一些小QSFP連接器提供相當(dāng)于100 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸，并為一些不支持100 Gbps標(biāo)準(zhǔn)的40 Gbps以太網(wǎng)系統(tǒng)提供向后兼容模式。最終，這種形狀系數(shù)可用于光纖模塊，因?yàn)椴辉傩枰狢FP模塊使用的10到4通道轉(zhuǎn)換。

　　這種技術(shù)已經(jīng)數(shù)家廠商多次證明，為廣大基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)人員提供了一種轉(zhuǎn)到高速連接的路線圖。但是，開關(guān)或者服務(wù)器背后的互連并非是出現(xiàn)這種問題的唯一地方。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備內(nèi)部的各種電氣連接都存在相同的問題。

　　距離是你的敵人

　　一個(gè)數(shù)字位的波形橫向傳輸線路和連接器，因此物理學(xué)開始起作用，并試圖通過阻抗錯(cuò)配和相鄰?fù)ǖ来當(dāng)_引起的頻率反射型可變衰減，完全破壞原始信號。數(shù)據(jù)本身也存在問題，因?yàn)橹鞍l(fā)送的符號干擾了傳輸中的當(dāng)前位。這被稱作符號間干擾，即ISI。信號通過ASIC到路由器或者開關(guān)背部這段距離后，無法再辨別出這些位。抹殺無源連線無誤差位傳輸?shù)南嗤?yīng)，也在這里發(fā)揮作用。

　　以前的一些設(shè)計(jì)，開關(guān)ASIC使用多條慢數(shù)據(jù)通路（一般為3.125 Gbps），連接到某個(gè)物理層設(shè)備（PHY），以在SFP連接器構(gòu)建10 Gbps NRZ連接。PHY的位置非?？拷谖锢磉B接器，因此信號完整性損失得到最小化。但是，由于ASIC技術(shù)轉(zhuǎn)而使用更小的幾何外形，吸納10 Gbps接口的高速連接便成為一種內(nèi)在要求。首先，由于移除了PHY，因此這種變化可以降低電氣連接的總功耗。但是，PCB邊緣的信號完整性損失，要求更昂貴、低功耗的電路板材料，或者再使用一種有源解決方案。

　　用于抗線纜信號損失的相同設(shè)備現(xiàn)在也正用于高性能路由器、開關(guān)和服務(wù)器內(nèi)部連接。使用低功耗緩沖中斷器和重定時(shí)器時(shí)，可使用標(biāo)準(zhǔn)FR-4 PCB材料（控制成本），并且功耗非常低。實(shí)際上，這些設(shè)備以一種類似的方式用于10 Gbps NRZ以太網(wǎng)PHY，以恢復(fù)數(shù)據(jù)和再計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，滿足連接器規(guī)范。

達(dá)標(biāo)努力

　　在服務(wù)器中，包括PCI express （PCIe）在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)比比皆是。由于數(shù)據(jù)傳輸速率更高，內(nèi)核處理器向（自）內(nèi)核傳輸信息的能力，推動PCIe等標(biāo)準(zhǔn)不斷提高傳輸速度。最新的標(biāo)準(zhǔn)為第3代，其標(biāo)稱擁有8 Gbps的連接速度。如前所述，在許多情況下，設(shè)備內(nèi)部物理距離不變，歸因于處理器硬件、連接器數(shù)目和間隔。服務(wù)器也不例外，同樣受到信號完整性問題和功耗的困擾。前面使用第1代或者第2代PCIe的一些設(shè)計(jì)，只要小心謹(jǐn)慎地布局和選擇連接器，便能夠滿足操作規(guī)范。但是，隨著服務(wù)器轉(zhuǎn)向第3代，電路板材料和連接器正對信號完整性產(chǎn)生影響，以致于不再能夠滿足這種標(biāo)準(zhǔn)。