Jusqu’où peut-on aller avec le Top-of-Rack ?

Dans un blog précédent, nous avons expliqué comment les câbles à connexion directe (DAC) SFP prendront en charge la plupart des vitesses des serveurs d’entreprise dans les déploiements de commutateurs vers les serveurs au sommet du rack (ToR) à l’avenir, grâce à leur capacité à prendre en charge des vitesses de liaison descendante de 25 gigabits via les DAC SFP28 et le potentiel de 50 gigabits via les DAC SFP56 émergents. En réalité, les grands centres de données d’entreprise et d’informatique en nuage ont déjà besoin de vitesses de serveur de 100 gigabits, et des vitesses encore plus rapides sont attendues à l’avenir.

Mais les déploiements ToR continueront-ils à prendre en charge les liaisons commutateur-serveur à ces vitesses de nouvelle génération ? Examinons de plus près la technologie et les principaux aspects à prendre en compte.

Comment y parvenir ?

La capacité à prendre en charge des vitesses de transmission plus élevées est étroitement liée aux schémas de codage binaire utilisés pour convertir les données en signaux numériques. Nous n’entrerons pas dans les détails physiques du codage, mais il s’agit essentiellement du processus de transformation des données en bits binaires (c’est-à-dire des 1 et des 0) par le biais de niveaux de tension discrets. Le schéma de codage le plus courant, utilisé depuis longtemps dans la transmission de données, est le non-retour à zéro (NRZ), qui utilise deux niveaux de tension différents pour les deux chiffres binaires, une tension positive représentant un « 1 » et une tension négative un « 0 » (également appelé modulation d’amplitude d’impulsion à deux niveaux, ou PAM2). Le codage NRZ a considérablement évolué au cours des dernières décennies et est principalement utilisé pour prendre en charge des débits binaires de 1, 10 et 25 Gb/s par voie dans les liaisons des centres de données.

En ce qui concerne la technologie enfichable à petit facteur de forme, les interconnexions à haut débit SFP+ et SFP28 à une voie qui prennent en charge respectivement 10 et 25 gigabits sont basées sur le codage NRZ. Pour les vitesses plus élevées, les interconnexions QSFP+ et QSFP28 à 4 voies qui prennent en charge 40 et 100 gigabits sont également basées sur le codage NRZ-QSFP+ à un débit binaire de 10 Gb/s par voie et QSFP28 à un débit binaire de 25 Gb/s par voie. Techniquement, comme NRZ peut supporter un débit binaire de 50 Gb/s, il semble logique qu’une interconnexion SFP à une voie supporte 50 Gig et qu’une interconnexion QSFP à 4 voies supporte 200 Gig en utilisant le codage NRZ. Cependant, avec des vitesses NRZ supérieures à un débit binaire de 25 Gb/s, la perte de canal devient un problème. La modulation d’amplitude par impulsions à quatre niveaux, ou PAM4, fait son apparition.

Le codage PAM4 offre deux fois le débit binaire pour la même période de signal que le NRZ en utilisant quatre niveaux de tension au lieu de deux, supportant des débits binaires de 50 et 100 Gb/s sans augmentation de la perte de canal. En ce qui concerne la technologie enfichable à petit facteur de forme, le PAM4 nous offre désormais des interconnexions SFP56 à une voie pour 50 gigabits et des interconnexions QSFP56 à quatre voies pour 200 gigabits. Le PAM4 est également à l’origine des applications à 400 gigabits : le facteur de forme QSFP-DD à double densité et à 8 voies s’appuie sur le débit de 50 Gb/s du PAM4 pour atteindre 400 gigabits (c’est-à-dire 50 Gb/s X 8 voies), ce qui est idéal pour les déploiements de commutateur à commutateur. Malheureusement, l’augmentation du débit offerte par PAM4 a un coût.

Qu’est-ce que la FEC ?

Le codage PAM4 est beaucoup plus sensible au bruit que le codage NRZ. Pour améliorer les performances et contrer les erreurs potentielles causées par l’augmentation du bruit, les signaux PAM4 utilisent un système avancé de correction d’erreurs vers l’avant (FEC). La FEC consiste à ajouter des données redondantes que le récepteur peut vérifier et utiliser pour corriger les erreurs et récupérer les données d’origine sans qu’il soit nécessaire de retransmettre le signal. Le PAM4 nécessite la FEC, mais elle ajoute un temps de latence, généralement de l’ordre de 100 à 500 millisecondes (ms).

Bien que des développements FEC à faible latence soient en cours dans les coulisses pour tenter de réduire le délai de 50 %, il n’en reste pas moins que certaines applications ne toléreront tout simplement pas le délai. Pour des applications telles que les transactions financières, l’informatique de pointe, les jeux interactifs, les vidéoconférences, la réalité virtuelle et augmentée, l’intelligence artificielle, la surveillance en temps réel et l’analyse de données, toute latence supérieure à 100 ms peut avoir un impact sur les performances. Dans les jeux, par exemple, une latence supérieure à 100 ms se traduit par un décalage perceptible pour les joueurs. Pour les centres de données qui cherchent à prendre en charge ces applications, la latence des connexions entre les commutateurs et les serveurs est un élément à prendre en compte.

En raison de la latence supplémentaire du FEC avec PAM4, l’option la plus rapide et la moins lente est actuellement le DAC QSFP28 à 4 voies qui prend en charge 100 Gig en utilisant NRZ et un débit binaire de 25 Gb/s qui ne nécessite pas de FEC jusqu’à 3 mètres. Alors que la plupart des centres de données d’entreprise commencent tout juste à passer à des connexions de serveur de 25 Gig à l’aide de DAC SFP28 à une voie, les DAC QSFP28 à 4 voies permettent la migration vers des connexions de serveur de 100 Gig à grande vitesse et à faible latence pour prendre en charge les applications émergentes en temps réel.

Quelles sont les options ?

Pour le codage NRZ existant, Siemon offre actuellement plusieurs options pour l’utilisation d’interconnexions à grande vitesse dans le centre de données afin de prendre en charge des liaisons commutateur-serveur de 10 à 100 gigabits. Il s’agit notamment de connexions directes dans des liaisons à courte portée (1 à 3 mètres) pour les déploiements ToR dans les armoires à l’aide de DAC ou dans des liaisons à plus longue portée (1 à 20 mètres) pour les déploiements d’armoire à armoire (par exemple, en bout de rangée) à l’aide de câbles optiques actifs (AOC). Pour les applications d’éclatement où un seul port de commutateur se connecte à plusieurs serveurs à faible vitesse, Siemon propose également une variété d’assemblages d’éclatement hybrides pour les DAC et les AOC. Comme nous l’avons souligné dans un blog précédent, lors du choix entre les DAC et les AOC, il est important de tenir compte de la densité, de la distance, de la consommation d’énergie, de l’évolutivité et de l’interopérabilité, ainsi que du coût global et de la disponibilité. SiemonL’offre actuelle d’AOC comprend les éléments suivants :

• DACs et AOCs SFP+ pour les liens 10 Gig
• DACs et AOCs SFP28 pour des liens de 25 Gig
• DACs et AOCs QSFP+ pour des liens de 40 Gig
• QSFP28 DACs et AOCs pour des liens de 100 Gig
• QSFP+ vers 4 DAC SFP+ et AOC pour des liens d’interconnexion 4X10 Gig
• QSFP28 vers 4 SFP28 DACs et AOCs pour des liens d’interconnexion 4X25 Gig

Plus d’informations à venir

Avec l’introduction de l’encodage PAM4, les DAC et les AOC permettront d’établir de futures liaisons à 200 et 400 gigabits. Vous pouvez être assuré que Siemon garde un œil sur le marché et prévoit d’introduire des interconnexions à grande vitesse PAM4 lorsque ces liaisons commutateur-serveur à plus grande vitesse porteront leurs fruits. Les futures options PAM4 à surveiller sont les suivantes :

• QSFP56 DACs et AOCs pour des liens de 200 Gig
• QSFPDD vers 2 QSFP56 DACs et AOCs pour 2×200 Gig breakout links

Et ce n’est pas tout. Bien que la technologie de conversion PAM4 vers NRZ puisse être utilisée avec des AOC pour prendre en charge une application d’éclatement 4X100 Gig à l’aide d’assemblages hybrides QSFPDD-to-QSFP28, le coût est toujours un facteur à prendre en compte. Des développements sont donc en cours pour des applications de rupture PAM4-PAM4 plus rentables avec des DAC utilisant une interface QSFPDD-SFP à deux voies (c’est-à-dire à double densité) et un débit de 50 Gb/s en PAM4. Cependant, on ne sait toujours pas quelle interface SFP à double densité, SFP-DD ou DSFP, deviendra le connecteur prédominant pour cette solution d’éclatement 4X100 Gig. Qu’est-ce que tout cela signifie pour votre centre de données ?

L’essentiel est que l’introduction de la technologie de codage PAM4 permet aux DAC et aux AOC de prendre en charge des liaisons directes de 10 à 400 gigabits, y compris l’option 100 gigabits à faible latence des DAC QSFP28 qui utilisent la technologie de codage NRZ pour les applications émergentes en temps réel. Cela signifie que les déploiements de commutateurs ToR vers des serveurs avec des DAC sont là pour durer et qu’ils vous permettront d’atteindre vos objectifs.