科技的发展使得人类向信息社会不断迈进,在这一大背景下,人们对图像、声音和数据等信息需求量与日俱增,单通道速率要求也越来越高,以往的通讯手段和信息容量已经不能满足如今的需求,数据中心的传输速率要求也经历了相当大的演变,PCIe2.0带宽10Gbps,PCIe3.0带宽25Gbps,PCIe4.0带宽50Gbps,PCIe5.0带宽100Gbps,PCIe6.0规范更是支持64GT/s的速度(每个通道),是PCIe5.0的32GT/s速度的两倍。在全通道(x16)下,这有效地转换为大约256Gbps的带宽;();为高于100Gbps的每通道电气以太网接口铺平了道路,使x16PCIe6.0能够高效地支持800G以太网端口。消费者和品牌厂商期望获得更快速、更高效的在线使用体验,这就要求数据中心持续变革。而且,这种状况在未来并没有放缓的迹象,高速电气 SerDes应用仍然不断发展。2021年,OIF启动了两个112G线性和112G超短距离 (XSR)+的新项目。OIF目前正在制定CEI-224G标准,以识别和定义典型系统中的下一代电气接口,用于通过背板/中间板或铜电缆在两个PCBA之间(甚至在两个机箱之间)的印刷电路板组件 (PCBA) 内的晶粒到晶粒、晶粒到OE(光学引擎)、芯片到模块和芯片到芯片。
随着业界期待工作频率再次跃升和数据速率攀升至224Gbps,数据中心的构建将必需再次改变。高速电缆,尤其是直连电缆(DAC),历来是在机架内连接服务器的首选解决方案,它们在帮助数据中心进行快速高效的升级方面发挥着至关重要的作用。然而,随着数据中心所要求的频率越来越高和数据速率的逐步攀升,DAC的连接长度容量会一次次地缩短。例如,在224Gbps下,DAC可能只可以实现最长1米距离的高质量数据传输。为了支持更长的桥接长度,有源电缆(AEC)和有源光缆(AOC)必须填补DAC在支持即插即用升级方面的不足之处。换句话说,今天的数据中心管理人员必须在传统电缆产品之外选择连线产品,以管理不同的机架架构。数十年以来,DAC等无源电缆一直主导着机架架构方面的连接,但随着数据行业进入下一代频率范畴,有源电缆(AEC)不仅变得更受欢迎,而且必不可少。为了针对未来发展做好准备,DAC线缆厂商需要选用更优的材料和工艺才能最大限度地提高数据传输性能,以满足不断变化之数据中心需求。
在224Gbps下,DAC方案被AEC方案替代场景将逐渐增多
由于DAC的电缆组件中没有电子器件,它提供了一种可以直接传递数据的无源解决方案。因此DAC目前是在56Gbps PAM-4数据中心机架内的标准连接主要解决方案,其可以在最大3-5m空间机架内有效地连接各排服务器,因此,除了适用于机架内部的连接之外,它们还非常适合增加功率可能会导致机架整体功耗更大的情况。但由于更高的数据速率会在这些无源电缆中产生数据丢失(丢包)。故随着未来数据速率不断攀升,DAC将会是1m或更短距离应用的理想选择,但这个长度可能不足以将架顶式(TOR)交换机与机架较低位置的服务器连接起来。随着时间的推移,人们对于性能的预期不断提高,数据中心也升级到112Gbps PAM-4速率。人们现阶段仍可以使用DAC将TOR交换机连接到机架较高位置的服务器,但如果距离超过了2m,它们在较高的数据速率下会出现不可接受的数据损耗水平。如今数据中心管理人员需要一种替代布线解决方案,将位置较低的服务器连接到 TOR交换机,同时保持可接受的性能水平。针对112Gbps PAM-4下DAC方案连接长度不足的情况,AEC提供了功能强大的解决方案,它的数据丢失几乎为零,并且电缆直径更小,为超过2m以上数据传输长度应用创造了更好的电缆选择。AEC中内置的重定时器可在入口和出口位置清洁信号。数据进入电缆,重定时器(Re-timers)则对其进行修复,消除噪声并放大信号。当数据离开电缆时,则再次进行相同的操作过程。与DAC相比,AEC可在更长的距离上“更清洁”地传输数据,而且其价格低于AOC组件。
AEC科普
AEC有源电缆是由HiWire联盟发布的,HiWire AEC规范定义了基本电气和机械规范的标准。AEC有源电缆支持的传输速率有100G、200G、400G,封装类型含QSFP56、OSFP、QSFP-DD,最长的传输距离可达7米,它具备前向纠错(FEC)功能和电缆再定时功能,可确保以超低的误码率实现完全均衡的信号。AEC有源电缆是DDC(分布式机箱)架构的关键启用技术,它克服了铜缆DAC的密度,重量和性能限制以及AOC的成本和可用性。它的优势在于功耗低、成本低、节省空间,其中功耗比光学器件低25%,成本比光学元件低50%,体积比DAC更小,相比DAC可节省多达70%的空间,而且比光学更可靠。AEC有源电缆主要用于ToR与服务器的连接、分布式机箱,每个机架最多布线500条电缆。
聚焦内存与数据传输技术,助力数据高效安全传输
虽然PCIe 6.0规范的发布,让人看到其未来的应用场景非常广泛,但是目前市场的主流商用还是停留在PCIe 4.0和PCIe 5.0,最迟2025年,PCIe 6.0就会成为现实。我们看到了当今数据的爆炸性的增长带来的技术和需求。一方面,随着数据量越来越大,人工智能、机器学习的使用率日益提升,带来内存和I/O接口、带宽、性能需求。另一方面,随着数据加速向云迁移,联网设备日益增加,边缘计算持续增长,带来了对数据安全重视度的提升。另外,智能汽车的自动驾驶、辅助驾驶对数据处理的带宽和时延、数据的安全性,视不同等级有着不同的要求。因此,未来Rambus将继续以成长型市场为目标,致力于让数据更快、更安全。
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