Até onde você pode ir com o Top-of-Rack?

Em um blog anterior, discutimos como os cabos de conexão direta (DACs) SFP darão suporte à maioria das velocidades de servidor corporativo em implementações de switch-to-server no topo do rack (ToR) bem no futuro, com sua capacidade de suportar velocidades de downlink de 25 Gig via DACs SFP28 e o potencial para 50 Gig via DACs SFP56 emergentes. Mas a verdade é que os data centers corporativos e de nuvem maiores já estão vendo a necessidade de velocidades de servidor de 100 Gig, com a necessidade de velocidades ainda mais rápidas esperadas no futuro.

Mas será que as implementações de ToR continuarão a suportar links entre switch e servidor nessas velocidades de última geração? Vamos dar uma olhada mais de perto na tecnologia e nas principais considerações envolvidas.

Como chegaremos lá?

A capacidade de suportar velocidades de transmissão mais rápidas tem muito a ver com os esquemas de codificação binária usados para converter dados em sinais digitais. Embora não vamos nos aprofundar na física por trás da codificação, ela é essencialmente o processo de transformar dados em bits binários (ou seja, 1 e 0) por meio de níveis discretos de tensão. O esquema de codificação mais comum usado há muito tempo na transmissão de dados é o non-return-to-zero (NRZ), que usa dois níveis de tensão diferentes para os dois dígitos binários, em que a tensão positiva representa um “1” e a tensão negativa representa “0” (também conhecido como modulação de amplitude de pulso de dois níveis, ou PAM2). A codificação NRZ evoluiu significativamente nas últimas décadas e é usada principalmente para suportar taxas de bits de 1, 10 e 25 Gb/s por pista em links de data center.

Quando olhamos para a tecnologia plugável de fator de forma pequeno, as interconexões de alta velocidade SFP+ e SFP28 de pista única que suportam 10 e 25 Gig respectivamente são baseadas na codificação NRZ. Para velocidades mais altas, as interconexões QSFP+ e QSFP28 de 4 vias que suportam 40 e 100 Gig também são baseadas em NRZ-QSFP+ com taxa de bits de 10 Gb/s por via e QSFP28 com taxa de bits de 25 Gb/s por via. Tecnicamente, como o NRZ pode suportar uma taxa de bits de 50 Gb/s, parece lógico que uma interconexão SFP de pista única suportaria 50 Gig e uma interconexão QSFP de 4 pistas suportaria 200 Gig usando a codificação NRZ. Entretanto, com velocidades NRZ acima de uma taxa de bits de 25 Gb/s, a perda de canal se torna um problema. Entre na modulação de amplitude de pulso de quatro níveis, ou PAM4.

A codificação PAM4 oferece o dobro da taxa de bits para o mesmo período de sinal de NRZ, usando quatro níveis de tensão em vez de dois, suportando taxas de bits de 50 e 100 Gb/s sem um aumento na perda de canal. Para a tecnologia plugável de fator de forma pequeno, o PAM4 agora nos oferece interconexões SFP56 de via única para 50 Gig e interconexões QSFP56 de quatro vias para 200 Gig. O PAM4 também é o que possibilita os aplicativos de 400 Gig – o fator de forma QSFP-DD de 8 vias de densidade dupla conta com a taxa de bits de 50 Gb/s do PAM4 para atingir 400 Gig (ou seja, 50 Gb/s X 8 vias), o que é ideal para implementações de switch para switch. Infelizmente, o aumento da taxa de transferência oferecido pelo PAM4 tem um custo.

O que é a FEC?

A codificação PAM4 é muito mais suscetível a ruídos do que a NRZ. Para melhorar o desempenho e neutralizar os possíveis erros causados pelo aumento do ruído, os sinais PAM4 usam a correção avançada de erros (FEC). A FEC funciona adicionando dados redundantes que o receptor pode verificar e usar para corrigir erros e recuperar os dados originais sem a necessidade de retransmissão do sinal. O PAM4 requer FEC, mas ele acrescenta latência, normalmente da ordem de 100 a 500 milissegundos (ms).

Embora haja desenvolvimentos de FEC de baixa latência acontecendo nos bastidores para tentar reduzir o atraso em até 50%, o fato é que alguns aplicativos simplesmente não toleram o atraso. Para aplicativos como comércio financeiro, computação de ponta, jogos interativos, videoconferência, realidade virtual e aumentada, inteligência artificial, monitoramento em tempo real e análise de dados, qualquer latência acima de 100 ms pode afetar o desempenho. Nos jogos, por exemplo, uma latência acima de 100 ms significa um atraso perceptível para os jogadores. Para os data centers que buscam oferecer suporte a esses aplicativos, a latência nas conexões entre switch e servidor é um fator a ser considerado.

Devido à latência adicional do FEC com PAM4, a opção de maior velocidade e menor latência é atualmente o DAC QSFP28 de 4 vias que suporta 100 Gig usando NRZ e uma taxa de bits de 25 Gb/s que não requer FEC até 3 metros. Embora a maioria dos data centers corporativos esteja apenas começando a mudar para conexões de servidor de 25 Gig usando DACs SFP28 de via única, os DACs QSFP28 de 4 vias permitem a migração para conexões de servidor de 100 Gig de alta velocidade e baixa latência para dar suporte a aplicativos emergentes em tempo real.

Quais são as opções?

Para a codificação NRZ existente, o site Siemon oferece atualmente várias opções de uso de interconexões de alta velocidade no data center para suportar links de 10 a 100 Gig de switch para servidor. Isso inclui conexões diretas em links de curto alcance (1 a 3 metros) para implantações de ToR dentro do gabinete usando DACs ou em links de longo alcance (1 a 20 metros) para implantações de gabinete a gabinete (por exemplo, fim de linha) usando cabos ópticos ativos (AOCs). Para aplicações de breakout em que uma única porta de switch se conecta a vários servidores de velocidade mais baixa, o site Siemon também oferece uma variedade de conjuntos de breakout híbridos para DACs e AOCs. Conforme destacado em um blog anterior, ao escolher entre DACs e AOCs, é importante considerar a densidade, a distância, o consumo de energia, a escalabilidade e a interoperabilidade, bem como o custo e a disponibilidade gerais. SiemonA oferta atual da KPMG inclui o seguinte:

• DACs e AOCs SFP+ para links de 10 Gig
• DACs e AOCs SFP28 para links de 25 Gig
• DACs e AOCs QSFP+ para links de 40 Gig
• DACs e AOCs QSFP28 para links de 100 Gig
• DACs e AOCs de QSFP+ a 4 SFP+ para links de breakout de 4X10 Gig
• QSFP28 para 4 DACs SFP28 e AOCs para links de breakout de 4X25 Gig

Mais por vir

Com a introdução da codificação PAM4, os DACs e AOCs permitirão futuros links de 200 e 400 Gig. Você pode ter certeza de que o site Siemon está de olho no mercado com planos de introduzir interconexões de alta velocidade PAM4 quando esses links de switch para servidor de maior velocidade se tornarem realidade. As opções futuras de PAM4 a serem observadas incluem:

• DACs e AOCs QSFP56 para links de 200 Gig
• QSFPDD para 2 DACs QSFP56 e AOCs para links de breakout de 2×200 Gig

E não para por aí. Embora a tecnologia de conversão de PAM4 para NRZ possa ser usada com AOCs para dar suporte a um aplicativo de breakout de 4X100 Gig usando montagens híbridas de QSFPDD para QSFP28, o custo é sempre um fator. Portanto, estão em andamento desenvolvimentos para aplicações de breakout PAM4-para-PAM4 mais econômicas com DACs usando uma interface SFP QSFPDD para duas vias (ou seja, densidade dupla) e uma taxa de bits PAM4 de 50 Gb/s. Entretanto, ainda não está claro qual interface SFP de dupla densidade, SFP-DD ou DSFP, se tornará o conector predominante para essa solução de breakout de 4X100 Gig. Então, o que tudo isso significa para seu data center?

A principal conclusão é que a introdução da tecnologia de codificação PAM4 permite que os DACs e AOCs suportem links diretos de 10 a 400 Gig, incluindo a opção de 100 Gig de menor latência dos DACs QSFP28 que usam a tecnologia de codificação NRZ para aplicativos emergentes em tempo real. E isso significa que as implementações de switch-to-server ToR com DACs vieram para ficar e o levarão aonde você precisa ir.