数据中心网络中的铜缆：是时候向前看了吗?

谈数据中心 (DC) 布线，关于光纤和铜缆在接入层中争夺主导地位的旷日持久的战斗有很多报道。无论你站在辩论的哪一边，都不可否认，加速的变化会影响你的布线决策。

数据中心的通道速度已经从 40 Gbps 迅速增加到 100 GBps，甚至在大型企业和基于云的数据中心 400 GBps。

在更强大的 ASIC 在此推动下，交换机已成为数据中心的主力军，因此网络管理员必须决定如何以最有效的方式突破和提供更高的数据容量，从交换机到服务器。

唯一没有太大变化的是对降低功耗的不懈关注。

本文将了解数据中心的趋势和变化如何改变铜缆与光纤之间的平衡，以及它对当今大型企业和基于云的设施的意义。

数据中心网络中铜的未来？

今日，光纤用于整体 DC 网络，但设备分布区 (EDA) 除机柜内交换机与服务器连接外。目前，铜在橱柜中继续蓬勃发展。

铜通常被认为是便宜和可靠的，非常适合短架顶交换机连接和小于约 50 GBps 的应用。

然而，也许是时候继续前进了。

铜在数据中心的消亡历史悠久，可以预见。随着其有用距离的缩小和复杂性的增加，铜缆难以与光纤成本的不断提高竞争。

尽管如此，旧媒体还是成功地坚持了下来。然而，数据中心的趋势——更重要的是，需要更快的吞吐量和设计灵活性——可能最终标志着数据中心双绞线铜线的结束。

铜生存面临的两个最大威胁是电力需求的距离限制和快速增长——在一个电力预算非常关键的世界里。

远程信号丢失

随着速度的提高，通过铜线发送电信号变得更加复杂。电传输速度 ASIC 即使距离很短，功能限制也需要更多的功率。

这些问题甚至会影响短距离直接连接电缆 (DAC) 效用。替代光纤技术在降低成本、功耗和操作简单性方面变得引人注目。

随着交换机容量的增加，铜线的距离成为一个明显的挑战。

单个 1U 网络交换机现在支持多个服务器机架，铜线甚至无法跨越当今应用所需的更短距离。

因此，数据中心正在摆脱传统的架顶设计，部署更高效的行中或行尾交换机部署和结构化布线设计。

能量消耗

在 10G 由于设计限制，双绞线铜缆(例如，UTP/STP）实际上，部署已经停止。

铜链路从链路的每一端获取电源，以支持电信号。 10G 铜线收发器的最大功耗是 3-5 瓦[i]。虽然这个比用于 DAC 低收发器 0.5-1.0 W(见下文)，但其功率几乎是多模光纤收发器 10 倍。

在成本抵消产生的额外热量因素中，铜的运行成本很容易是光纤的两倍。铜的功率差异超过了网络电缆——它也适用于开关内部的铜线。这些能量损失从头到尾加起来。

虽然数据中心仍有一些人提倡使用铜，但证明继续使用铜的合法性正成为一场艰苦的斗争。考虑到这一点，让我们来看看一些替代品。

直接连接铜 (DAC)

有源铜缆和无源铜缆 DAC 已介入将服务器连接到交换机。DAC 布线是一种特殊形式的双绞线。该技术由屏蔽铜电缆组成，两端带有插入式收发器式连接器。

无源 DAC 主机提供的信号是有源的 DAC 使用内部电子设备来增强和调整电信号。这使得电缆能够在更长的距离上支持更高的速度，但它也消耗更多的功率。

有源和无源 DAC 它被认为很便宜。然而，作为一种基于铜的介质，对衰减的限制仍然是该技术未来的主要障碍。考虑到新开关可以取代多个开关 TOR 开关(节省大量资金和电力)，DAC 可能不是表面上看起来的低成本解决方案。

有源光缆 (AOC) 有源无源 DAC 升级版带宽性能高达 400 Gbps。另外，作为光纤介质，AOC 比铜更轻更容易处理。

然而，该技术有一些严重的局限性。

AOC 电缆必须按长度订购，然后每次订购 DC 更换开关平台时，提高速度或更换。 AOC 都是完整的组件（DAC 因此，如果任何组件出现故障，则必须更换整个组件。与提供最大灵活性和操作简单性的光收发器和结构化布线相比，这是一个缺点。

也许更重要的是，AOC 和 DAC 布线是点对点解决方案。因此，它们存在于结构化布线网络之外——使扩展、管理和整体运行效率更加困难。

其次，作为固定布线解决方案，AOC 和 DAC 无法支持数据中心支持更高容量的服务器网络和实施新的、更高效的服务器线路设计所需的灵活性。此外，每次提高速度或更换开关时都必须更换 AOC 和 DAC。

可插拔光学元件

同时，可插拔光收发器继续改进开关技术的增强功能。

过去，有四个通道的单个收发器(也称为小型四通道可插拔 [QSFP]）使 DC 管理器可以将四个服务器连接到单个收发器。

与基于双工端口的交换机相比，这降低了网络成本 30%(可以说功耗降低了) 30%）。

更新的交换机每个收发器连接8台服务器，成本和功耗翻了一番。更好的是，当结构化布线的灵活性增加时，整体设计变得可扩展。

为此，IEEE 引入了 P802.3.cm 正在研究标准 P802.3.db，该标准旨在将服务器定义为连接到交换机的收发器。

共同包装的光学器件

光学器件仍处于早期阶段，共同包装 (CPO) 将电光转换引擎移动到更近 ASIC 位置-清除开关中的铜线。

为了实现更高的带宽和更低的功耗，消除与开关中短铜链路相关的电损耗。

该技术的支持者认为，这是迁移到下一代平台并保持负担得起的功率预算的最佳方式。他们的目标是从网络链接中删除最后几英寸的铜线 DC 网络所需的全光，ASIC 到 ASIC 效率。

这是一个雄心勃勃的目标，需要全行业的合作和新标准来保证互操作性。

我们要去哪里(比我们想象的要快)

向800G和1.6T进军将继续；如果行业有机会满足客户对带宽、延迟、人工智能、物联网、虚拟化等方面的期望，就必须这样做。

同时，数据中心必须具有灵活性，能够以有意义的操作和财务方式从更高容量的交换机中分流和分配流量。

这表明更多的布线和连接解决方案可以支持各种光纤到服务器的应用，如全光纤结构化布线。

目前，基于IEEE 以太网路线图 ，16芯光纤基础设施在有效利用可用带宽的同时，可以提供更高速度的清洁路径。16芯设计的结构化布线也使我们能够突破容量，因此单个交换机可以支持192台服务器。

在延迟和节约成本方面，收入是显而易见的。在康普，这是我们从大型企业和云数据中心客户那里看到和听到的。他们中的大多数人已经达到了一个临界点，并全力以赴，因为他们看到了大规模，并意识到即将到来的事情。

铜的寿命最终过时了吗？

最简单的答案是否定的。对于较小的数据中心，一些低带宽、短距离应用将继续存在，铜的低价超过其性能限制。

CPO和前面板可插拔收发器也可能发挥作用。根本没有一种万能的解决方案。

话虽如此，对于想知道是否是时候逐步淘汰铜并准备全部使用光纤的人来说，这里有一些建议。用美国记者和作家DamonRunyon的话来说，“比赛并不总是以迅捷之势或强者之战，但它肯定是下注的方式。”

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