¿Hasta dónde se puede llegar con Top-of-Rack?

En un blog anterior, hablamos de cómo los cables de conexión directa (DAC) SFP soportarán la mayoría de las velocidades de los servidores empresariales en las implementaciones de conmutador a servidor en la parte superior del bastidor (ToR) en el futuro, con su capacidad para soportar velocidades de enlace descendente de 25 Gig a través de los DAC SFP28 y el potencial de 50 Gig a través de los DAC SFP56 emergentes. Pero lo cierto es que los centros de datos empresariales y de nube más grandes ya están viendo la necesidad de velocidades de servidor de 100 Gigabits, con la necesidad de velocidades aún más rápidas previstas en el futuro.

Pero, ¿seguirán los despliegues ToR soportando enlaces switch-servidor a estas velocidades de próxima generación? Echemos un vistazo más de cerca a la tecnología y las consideraciones clave implicadas.

¿Cómo llegar hasta allí?

La capacidad de soportar velocidades de transmisión más rápidas tiene mucho que ver con los esquemas de codificación binaria utilizados para convertir los datos en señales digitales. Aunque no vamos a profundizar en la física de la codificación, se trata básicamente del proceso de convertir datos en bits binarios (es decir, 1 y 0) mediante niveles discretos de tensión. El esquema de codificación más utilizado en la transmisión de datos es el de no retorno a cero (NRZ), que utiliza dos niveles de tensión distintos para los dos dígitos binarios, donde la tensión positiva representa un «1» y la negativa, un «0» (también conocido como modulación de amplitud de pulso de dos niveles, o PAM2). La codificación NRZ ha evolucionado significativamente en las últimas décadas y se utiliza principalmente para soportar velocidades de bits de 1, 10 y 25 Gb/s por carril en enlaces de centros de datos.

En cuanto a la tecnología enchufable de factor de forma pequeño, las interconexiones de alta velocidad SFP+ y SFP28 de una sola vía que admiten 10 y 25 Gigabits respectivamente se basan en la codificación NRZ. Para velocidades superiores, las interconexiones QSFP+ y QSFP28 de 4 carriles que admiten 40 y 100 Gigabits también se basan en NRZ-QSFP+ a 10 Gb/s de velocidad binaria por carril y QSFP28 a 25 Gb/s de velocidad binaria por carril. Técnicamente, dado que NRZ puede admitir una velocidad binaria de 50 Gb/s, parece lógico que una interconexión SFP de una sola vía admita 50 Gig y una interconexión QSFP de 4 vías admita 200 Gig utilizando codificación NRZ. Sin embargo, con velocidades NRZ superiores a 25 Gb/s, la pérdida de canal se convierte en un problema. Aparece la modulación de amplitud de impulsos de cuatro niveles, o PAM4.

La codificación PAM4 ofrece el doble de velocidad binaria por el mismo periodo de señal que NRZ al utilizar cuatro niveles de tensión en lugar de dos, lo que permite velocidades de 50 y 100 Gb/s sin que aumente la pérdida de canal. En cuanto a la tecnología enchufable de factor de forma pequeño, PAM4 nos ofrece ahora interconexiones SFP56 de un solo carril para 50 Gigabits e interconexiones QSFP56 de cuatro carriles para 200 Gigabits. PAM4 es también lo que permite aplicaciones de 400 Gigabits: el factor de forma QSFP-DD de doble densidad y 8 carriles se basa en la velocidad de bits de 50 Gb/s de PAM4 para alcanzar 400 Gigabits (es decir, 50 Gb/s x 8 carriles), lo que resulta ideal para despliegues de conmutador a conmutador. Por desgracia, el mayor rendimiento que ofrece PAM4 tiene un coste.

¿Qué la FEC?

La codificación PAM4 es mucho más susceptible al ruido que la NRZ. Para mejorar el rendimiento y contrarrestar los posibles errores causados por el aumento de ruido, las señales PAM4 utilizan la corrección avanzada de errores hacia delante (FEC). La FEC funciona añadiendo datos redundantes que el receptor puede comprobar y utilizar para corregir errores y recuperar los datos originales sin necesidad de retransmitir la señal. PAM4 requiere FEC, pero añade latencia, normalmente del orden de 100 a 500 milisegundos (ms).

Aunque entre bastidores se están produciendo desarrollos de FEC de baja latencia para intentar reducir el retardo hasta en un 50%, lo cierto es que algunas aplicaciones simplemente no tolerarán el retardo. Para aplicaciones como el comercio financiero, la computación de borde, los juegos interactivos, las videoconferencias, la realidad virtual y aumentada, la inteligencia artificial, la monitorización en tiempo real y el análisis de datos, cualquier latencia superior a 100 ms puede afectar al rendimiento. En los juegos, por ejemplo, una latencia superior a 100 ms supone un retraso notable para los jugadores. Para los centros de datos que desean dar soporte a estas aplicaciones, la latencia en las conexiones switch-servidor es un factor a tener en cuenta.

Debido a la latencia añadida de FEC con PAM4, la opción de mayor velocidad y menor latencia es actualmente el DAC QSFP28 de 4 carriles que admite 100 Gig utilizando NRZ y una velocidad de bits de 25 Gb/s que no requiere FEC hasta 3 metros. Mientras que la mayoría de los centros de datos empresariales están empezando a cambiar a conexiones de servidor de 25 Gig utilizando DAC SFP28 de un solo carril, los DAC QSFP28 de 4 carriles permiten la migración a conexiones de servidor de 100 Gig de alta velocidad y baja latencia para soportar las aplicaciones emergentes en tiempo real.

¿Cuáles son las opciones?

Para la codificación NRZ existente, Siemon ofrece actualmente varias opciones de uso de interconexiones de alta velocidad en el centro de datos para soportar enlaces switch-servidor de 10 a 100 Gigabits. Entre ellas se incluyen las conexiones directas en enlaces de corto alcance (de 1 a 3 metros) para despliegues ToR dentro del armario utilizando DAC o en enlaces de mayor alcance (de 1 a 20 metros) para despliegues de armario a armario (por ejemplo, extremo de fila) utilizando cables ópticos activos (AOC). Para aplicaciones de breakout en las que un único puerto de conmutación se conecta a varios servidores de menor velocidad, Siemon también ofrece una variedad de conjuntos de breakout híbridos tanto para DAC como para AOC. Como se destacó en un blog anterior, a la hora de elegir entre DAC y AOC, es importante tener en cuenta la densidad, la distancia, el consumo de energía, la escalabilidad y la interoperabilidad, así como el coste global y la disponibilidad. SiemonLa oferta actual de AOC incluye lo siguiente:

• SFP+ DAC y AOC para enlaces de 10 Gigabits
• SFP28 DAC y AOC para enlaces de 25 Gigabits
• DAC y AOC QSFP+ para enlaces de 40 Gigabits
• DAC y AOC QSFP28 para enlaces de 100 Gigabits
• DAC y AOC de QSFP+ a 4 SFP+ para enlaces troncales 4X10 Gigabits
• DAC y AOC de QSFP28 a 4 SFP28 para enlaces de 4X25 Gigabits

Más por venir

Con la introducción de la codificación PAM4, los DAC y AOC permitirán futuros enlaces de 200 y 400 Gigabits. Puede estar seguro de que Siemon tiene un ojo puesto en el mercado con planes para introducir interconexiones de alta velocidad PAM4 cuando estos enlaces switch-servidor de mayor velocidad lleguen a buen puerto. Entre las futuras opciones PAM4 a tener en cuenta se incluyen:

• DAC y AOC QSFP56 para enlaces de 200 Gigabits
• QSFPDD a 2 DAC y AOC QSFP56 para enlaces de 2×200 Gigabits

Y la cosa no queda ahí. Aunque la tecnología de conversión de PAM4 a NRZ puede utilizarse con AOC para soportar una aplicación de breakout 4X100 Gig utilizando ensamblajes híbridos de QSFPDD a QSFP28, el coste siempre es un factor a tener en cuenta. Por lo tanto, se están desarrollando aplicaciones de ruptura de PAM4 a PAM4 más rentables con DAC que utilicen una interfaz SFP de QSFPDD a dos carriles (es decir, doble densidad) y una velocidad binaria de 50 Gb/s de PAM4. Sin embargo, aún no está claro qué interfaz SFP de doble densidad, la SFP-DD o la DSFP, se convertirá en el conector predominante para esta solución de breakout 4X100 Gig. ¿Qué significa todo esto para su centro de datos?

Lo más importante es que la introducción de la tecnología de codificación PAM4 permite a los DAC y AOC soportar enlaces directos de 10 a 400 Gigabits, incluida la opción de 100 Gigabits de menor latencia de los DAC QSFP28 que utilizan la tecnología de codificación NRZ para aplicaciones emergentes en tiempo real. Y eso significa que las implementaciones de conmutador a servidor ToR con DAC han llegado para quedarse y le llevarán a donde necesite.