高速連接系統設計在云計算中面臨的挑戰

　　如果用于高速連接的無(wú)源線(xiàn)纜受到體積龐大和彎曲半徑問(wèn)題的困擾，則光纖解決方案的問(wèn)題便是高功耗和高成本?？雌饋?lái)，似乎必須使用一種折中辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。答案就是一種被稱(chēng)作“有源銅線(xiàn)”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體外殼中，以對由小標號線(xiàn)引起的高頻損耗進(jìn)行補償。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號線(xiàn)。如DS100BR111等設備使用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(xiàn)應用。

　　應用于10 Gbps以太網(wǎng)時(shí)，大多數情況下這種能夠提高線(xiàn)纜信號完整性的技術(shù)僅限于15米以下的連線(xiàn)長(cháng)度。但是，如前所述，大多數連接線(xiàn)都在3米以下，可輕松地使用有源銅線(xiàn)替換無(wú)源或者光纖線(xiàn)。今天，這種方法常用于10 Gbps連接。但是，未來(lái)正快步向我們走來(lái)，即使是10 Gbps連接也將無(wú)法滿(mǎn)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）遠距離（大于1000米）通信。更長(cháng)的光纖連接形成我們現代互聯(lián)網(wǎng)基礎設施的骨干網(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等在內的各大公司，于2011年3月批準了一個(gè)10 x 10 Gbps多源協(xié)議 （MSA），用于物理媒介依賴(lài)（PMD）子層，其為C形狀系數（CFP）模塊提供一種通用架構。

　　CFP連接器適用于要求100 Gbps通信的低數目/長(cháng)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(kāi)關(guān)和路由器均要求這種高密度。今天，通過(guò)組合四條 10 Gbps數據通道，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轉到25 Gbps通道。它通過(guò)一些小QSFP連接器提供相當于100 Gbps的數據傳輸，并為一些不支持100 Gbps標準的40 Gbps以太網(wǎng)系統提供向后兼容模式。最終，這種形狀系數可用于光纖模塊，因為不再需要CFP模塊使用的10到4通道轉換。

　　這種技術(shù)已經(jīng)數家廠(chǎng)商多次證明，為廣大基礎設施設計人員提供了一種轉到高速連接的路線(xiàn)圖。但是，開(kāi)關(guān)或者服務(wù)器背后的互連并非是出現這種問(wèn)題的唯一地方。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )存儲設備內部的各種電氣連接都存在相同的問(wèn)題。

　　距離是你的敵人

　　一個(gè)數字位的波形橫向傳輸線(xiàn)路和連接器，因此物理學(xué)開(kāi)始起作用，并試圖通過(guò)阻抗錯配和相鄰通道串擾引起的頻率反射型可變衰減，完全破壞原始信號。數據本身也存在問(wèn)題，因為之前發(fā)送的符號干擾了傳輸中的當前位。這被稱(chēng)作符號間干擾，即ISI。信號通過(guò)ASIC到路由器或者開(kāi)關(guān)背部這段距離后，無(wú)法再辨別出這些位。抹殺無(wú)源連線(xiàn)無(wú)誤差位傳輸的相同效應，也在這里發(fā)揮作用。

　　以前的一些設計，開(kāi)關(guān)ASIC使用多條慢數據通路（一般為3.125 Gbps），連接到某個(gè)物理層設備（PHY），以在SFP連接器構建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A(yíng)SIC技術(shù)轉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(xiàn)纜信號損失的相同設備現在也正用于高性能路由器、開(kāi)關(guān)和服務(wù)器內部連接。使用低功耗緩沖中斷器和重定時(shí)器時(shí)，可使用標準FR-4 PCB材料（控制成本），并且功耗非常低。實(shí)際上，這些設備以一種類(lèi)似的方式用于10 Gbps NRZ以太網(wǎng)PHY，以恢復數據和再計時(shí)數據，滿(mǎn)足連接器規范。

達標努力

　　在服務(wù)器中，包括PCI express （PCIe）在內的標準比比皆是。由于數據傳輸速率更高，內核處理器向（自）內核傳輸信息的能力，推動(dòng)PCIe等標準不斷提高傳輸速度。最新的標準為第3代，其標稱(chēng)擁有8 Gbps的連接速度。如前所述，在許多情況下，設備內部物理距離不變，歸因于處理器硬件、連接器數目和間隔。服務(wù)器也不例外，同樣受到信號完整性問(wèn)題和功耗的困擾。前面使用第1代或者第2代PCIe的一些設計，只要小心謹慎地布局和選擇連接器，便能夠滿(mǎn)足操作規范。但是，隨著(zhù)服務(wù)器轉向第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(mǎn)足這種標準。