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0431-81702023
光学工程
速度需求推动数据中心高密度OM3/OM4的光学连接

使用OM3/OM4激光优化的50/125μm多模光纤的光学连接应运而生,已经成为数据中心选择的媒介。10GBASE-SR以太网成为了数据中心主要的数据传输速率,以响应服务器虚拟化,融合网络和减少I/O服务器瓶颈的需求。数据中心部署OM3/OM4连接性解决方案以满足10G双芯串行传输,以及未来迁移到40/100G并行光学的需求。数据中心中高端口数10/40/100G电子设备需要利用高密度光学连接,以促进缓解电缆管理,优化路径和空间利用率,以及支持绿色计划。

  对速度的需求

  服务器虚拟化和聚合网络的驱动需要更高的网络数据传输速率。服务器虚拟化通过集成多个应用在一台服务器上增加利用率,以减少服务器的数量。每台服务器能够支持更多的应用,通过技术改进虚拟化软件和多核处理器(图1)。以前的服务器每台运行一个应用,典型的利用率为15-20%,目前的虚拟化服务器有能力支持20到25应用,这可以提高利用率达到80~90%。预期虚拟化服务器可能在不久的将来可以支持100个应用。一个物理服务器上运行25应用可以节约材料和能源成本,因为它可以减少24单应用服务器。

  图1

  每台服务器增加一定数量的应用,会产生=>10G的吞吐量的需求。根据服务器的带宽要求,一个8核处理器可以驱动几十Gb/s的带宽。也就是说需要更高数据传输速率的网络基础设施,以适应更高级别的服务器I/O性能。图2提供了一个服务器连接速度预测(10G,40G和100G)。预计在未来两年里10G将会快速的应用在服务器和网络交换机上,如核心和汇聚交换机。

  图2

  数据中心使用多种网络出现了运营和维护问题,每个网络需要专用的电子设备和布线设施。以太网和光纤通道是典型的网络类型,以太网在用户和计算机设备之间提供一个局域网(LAN),而光纤通道提供了服务器和存储之间的连接来创建一个存储区域网络(SAN)。标准的变化已经使两个网络发生了融合,如以太网光纤通道(FCoE)。

  FCoE是一个简单的透传法,在服务器端将光纤通道数据帧封装成以太网数据帧。在通过局域网发送它们之前,服务器将光纤通道数据帧封装到以太网数据帧,然后当FCoE数据帧被接收后再对它们解封装。融合网络利用低成本的以太网电子设备传输以太网和光纤通道数据。

  表1提供了光纤通道行业协会(FCIA)对FCoE速度路径的路线图。在10GFCoE利用串行双路光纤传输,40/100GFCoE速度需要并行光学来实现。

  FCoE速度路线图

  表1

  OM3或OM4是数据中心的首选光纤

  OM3和OM4激光优化的50/125?m多模光纤是数据中心选择的连接类型。这种光纤与单模光纤相比提供了一个重要的价值定位,多模光纤利用低成本850nm收发器实现串行和并行传输。IEEE802.3ba40/100G以太网标准于2010年6月批准,并且规定了多模光纤的并行光学传输。在指导被开发出来时由于850nmVCSEL的调制限制,并行光传输被指定代替串行传输。OM3和OM4是被纳入标准的唯一多模光纤。40/100G标准没有对CATUTP/STP铜缆做出指导。

  图3-40GBASE-SR4并行光学

  图4-100GBASE-SR10并行光学

  表2提供了OM3-和OM4-规定的以太网和光纤通道的距离。以太网每个距离假设1.5dB总连接器损耗除了OM440/100G的情况,光纤通道假设1.0dB总连接器的损耗。OM3和OM4完全有能力支持现有的和新兴数据传输速率,因此物理层预期会有15-20年的使用寿命。

  850nm以太网传输距离(米)

  1.10G标准建议的传输距离

  2.指导长度

  850nm光纤通道传输距离(米)

  表2

高密度光学连接

  网络交换产品可用的SFP+接口卡达到48个,每个机架式交换机使用超过1000芯OM3/OM4光纤10G双芯光纤串行运作。预计未来40/100G交换机使用每机架超过4000芯的光纤来部署并行光学。网络电子设备高芯数需求需要高密度光缆和硬件解决方案来最大化利用的路径和空间,缓解光缆管理和简化连接到系统的电子设备。

  抗弯曲OM3/OM4光纤提供了非常小的光缆直径和硬件组件产生了最高的数据中心连接密度。相比传统的多模光纤,抗弯曲OM3/OM4光纤有助于降低15-30%的主干光缆直径和提供超过4000芯光纤的配线架密度。主干光缆直径的降低可以消耗更少的路径和空间,以及支持更有效的使用光缆桥架,使得主要材料成本节约(图5)。

  图5

  数据中心如今需要安装高密度12芯MPO接头OM3/OM4主干光缆。这些可用于双路光纤串行传输,并提供一个有效的迁移路径到并行光学,需要MPO接口连接到交换机设备和服务器网卡(图6)。

  图6

  高密度模块化4U和1U配线架硬件可以容易的支持双路光纤串行传输,使用MPO/LC模块(图7)简化了迁移到并行光学的路径。MPO/LC模块用于扇出主干光缆末端的12芯MPO连接器到单芯或双芯型连接器。单芯和双芯跳线可以用于连接到系统设备端口和交叉连接区域的配线架。MPO/LC模块很容易拆除和替换成MPO适配器模块,根据需要转换成并行光学传输。40G多模光纤传输将使用一个12芯MPO接头,100G多模光纤传输将使用一个24芯MPO连接器连接到收发器接口。

  串行双芯传输并行光学传输

  图7

  光纤配线架集成的托盘可以容纳MPO/LC模块。每个托盘都可以安装四个独立的MPO/LC模块以提高模块化,便于移动,增加和变更。4U和1U配线架分别有12个和2托盘。4U配线架通常是用于连接到高密度电子设备以及交叉互联使用。1U配线架通常用于主干光缆与架顶式接入交换机互联。图8和9举例说明配线架设计,表3提供了配线架光纤的容量。

  图8-4U光纤配线架

 

  图9-1U光纤配线架

  表3

  MPO/LC扇出跳线组件已经成为一种很流行的方法,用来连接到高端口数网络交换机。一个使用MPO连接的主干光缆与扇出跳线端接,装配在网络电子设备的配线架。扇出跳线一端装有一个MPO连接器,而另一端装有单芯或双芯连接器。相比于典型的双芯跳线,扇出跳线组件不但大大的减少了连接到电子设备的布线量,易于管理,而且提高了冷却效率。此外,扇出跳线组件可以配置交错排列的分支,相匹配于电子设备接口卡的接口位置(图10)。当转换成并行光学,您只需简单的移除扇出跳线组件,替换为适当的MPO跳线即可。

  图10

  结论

  现有和新兴的网络技术推动数据中心中增加数据传输速率和光纤使用的需要。高密度光学连接解决方案是应对这些趋势必要的解决方案,不但可以充分利用光缆管理和数据中心使用面积,而且可以简单的从双芯串行传输迁移到12和24芯并行光学传输。OM3/OM4光学连接解决方案已做好准备迎接这些挑战。

 


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