數(shù)據(jù)中心高密度OM3/OM4的光學(xué)連接

　　ICCSZ訊    使用OM3/OM4激光優(yōu)化的50/125μm多模光纖的光學(xué)連接應(yīng)運而生，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心選擇的媒介。10GBASE-SR以太網(wǎng)成為了數(shù)據(jù)中心主要的數(shù)據(jù)傳輸速率，以響應(yīng)服務(wù)器虛擬化，融合網(wǎng)絡(luò)和減少I/O服務(wù)器瓶頸的需求。數(shù)據(jù)中心部署OM3/OM4連接性解決方案以滿足10G雙芯串行傳輸，以及未來遷移到40/100G并行光學(xué)的需求。數(shù)據(jù)中心中高端口數(shù)10/40/100G電子設(shè)備需要利用高密度光學(xué)連接，以促進緩解電纜管理，優(yōu)化路徑和空間利用率，以及支持綠色計劃。

　　對速度的需求

　　服務(wù)器虛擬化和聚合網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動需要更高的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率。服務(wù)器虛擬化通過集成多個應(yīng)用在一臺服務(wù)器上增加利用率，以減少服務(wù)器的數(shù)量。每臺服務(wù)器能夠支持更多的應(yīng)用，通過技術(shù)改進虛擬化軟件和多核處理器(圖1)。以前的服務(wù)器每臺運行一個應(yīng)用，典型的利用率為15-20%，目前的虛擬化服務(wù)器有能力支持20到25應(yīng)用，這可以提高利用率達到80~90%。預(yù)期虛擬化服務(wù)器可能在不久的將來可以支持100個應(yīng)用。一個物理服務(wù)器上運行25應(yīng)用可以節(jié)約材料和能源成本，因為它可以減少24單應(yīng)用服務(wù)器。

　　圖1

　　每臺服務(wù)器增加一定數(shù)量的應(yīng)用，會產(chǎn)生=>10G的吞吐量的需求。根據(jù)服務(wù)器的帶寬要求，一個8核處理器可以驅(qū)動幾十Gb/s的帶寬。也就是說需要更高數(shù)據(jù)傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以適應(yīng)更高級別的服務(wù)器I/O性能。圖2提供了一個服務(wù)器連接速度預(yù)測(10G，40G和100G)。預(yù)計在未來兩年里10G將會快速的應(yīng)用在服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換機上，如核心和匯聚交換機。

　　圖2

　　數(shù)據(jù)中心使用多種網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了運營和維護問題，每個網(wǎng)絡(luò)需要專用的電子設(shè)備和布線設(shè)施。以太網(wǎng)和光纖通道是典型的網(wǎng)絡(luò)類型，以太網(wǎng)在用戶和計算機設(shè)備之間提供一個局域網(wǎng)(LAN)，而光纖通道提供了服務(wù)器和存儲之間的連接來創(chuàng)建一個存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。標(biāo)準(zhǔn)的變化已經(jīng)使兩個網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了融合，如以太網(wǎng)光纖通道(FCoE)。

　　FCoE是一個簡單的透傳法，在服務(wù)器端將光纖通道數(shù)據(jù)幀封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。在通過局域網(wǎng)發(fā)送它們之前，服務(wù)器將光纖通道數(shù)據(jù)幀封裝到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，然后當(dāng)FCoE數(shù)據(jù)幀被接收后再對它們解封裝。融合網(wǎng)絡(luò)利用低成本的以太網(wǎng)電子設(shè)備傳輸以太網(wǎng)和光纖通道數(shù)據(jù)。

　　表1提供了光纖通道行業(yè)協(xié)會(FCIA)對FCoE速度路徑的路線圖。在10GFCoE利用串行雙路光纖傳輸，40/100GFCoE速度需要并行光學(xué)來實現(xiàn)。

　　FCoE速度路線圖

　　表1

　　OM3或OM4是數(shù)據(jù)中心的首選光纖

　　OM3和OM4激光優(yōu)化的50/125?m多模光纖是數(shù)據(jù)中心選擇的連接類型。這種光纖與單模光纖相比提供了一個重要的價值定位，多模光纖利用低成本 850nm收發(fā)器實現(xiàn)串行和并行傳輸。IEEE802.3ba40/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)于2010年6月批準(zhǔn)，并且規(guī)定了多模光纖的并行光學(xué)傳輸。在指導(dǎo)被開發(fā)出來時由于850nmVCSEL的調(diào)制限制，并行光傳輸被指定代替串行傳輸。OM3和OM4是被納入標(biāo)準(zhǔn)的唯一多模光纖。40/100G標(biāo)準(zhǔn)沒有對 CATUTP/STP銅纜做出指導(dǎo)。

　　圖3-40GBASE-SR4并行光學(xué)

　　圖4-100GBASE-SR10并行光學(xué)

　　表2提供了OM3-和OM4-規(guī)定的以太網(wǎng)和光纖通道的距離。以太網(wǎng)每個距離假設(shè)1.5dB總連接器損耗除了OM440/100G的情況，光纖通道假設(shè)1.0dB總連接器的損耗。OM3和OM4完全有能力支持現(xiàn)有的和新興數(shù)據(jù)傳輸速率，因此物理層預(yù)期會有15-20年的使用壽命。

　　850nm以太網(wǎng)傳輸距離(米)

　　1.10G標(biāo)準(zhǔn)建議的傳輸距離

　　2.指導(dǎo)長度

　　850nm光纖通道傳輸距離(米)

　　表2

　　高密度光學(xué)連接

　　網(wǎng)絡(luò)交換產(chǎn)品可用的SFP+接口卡達到48個，每個機架式交換機使用超過1000芯OM3/OM4光纖為10G雙芯光纖串行運作。預(yù)計未來40 /100G交換機使用每機架超過4000芯的光纖來部署并行光學(xué)。網(wǎng)絡(luò)電子設(shè)備高芯數(shù)需求需要高密度光纜和硬件解決方案來最大化利用的路徑和空間，緩解光纜管理和簡化連接到系統(tǒng)的電子設(shè)備。

　　抗彎曲OM3/OM4光纖提供了非常小的光纜直徑和硬件組件產(chǎn)生了最高的數(shù)據(jù)中心連接密度。相比傳統(tǒng)的多模光纖，抗彎曲OM3/OM4光纖有助于降低 15-30%的主干光纜直徑和提供超過4000芯光纖的配線架密度。主干光纜直徑的降低可以消耗更少的路徑和空間，以及支持更有效的使用光纜橋架，使得主要材料成本節(jié)約(圖5)。

　　圖5

　　數(shù)據(jù)中心如今需要安裝高密度12芯MPO接頭OM3/OM4主干光纜。這些可用于雙路光纖串行傳輸，并提供一個有效的遷移路徑到并行光學(xué)，需要MPO接口連接到交換機設(shè)備和服務(wù)器網(wǎng)卡(圖6)。

　　圖6

　　高密度模塊化4U和1U配線架硬件可以容易的支持雙路光纖串行傳輸，使用MPO/LC模塊(圖7)簡化了遷移到并行光學(xué)的路徑。MPO/LC模塊用于扇出主干光纜末端的12芯MPO連接器到單芯或雙芯型連接器。單芯和雙芯跳線可以用于連接到系統(tǒng)設(shè)備端口和交叉連接區(qū)域的配線架。MPO/LC模塊很容易拆除和替換成MPO適配器模塊，根據(jù)需要轉(zhuǎn)換成并行光學(xué)傳輸。40G多模光纖傳輸將使用一個12芯MPO接頭，100G多模光纖傳輸將使用一個24芯 MPO連接器連接到收發(fā)器接口。

　　串行雙芯傳輸并行光學(xué)傳輸

　　圖7

　　光纖配線架集成的托盤可以容納MPO/LC模塊。每個托盤都可以安裝四個獨立的MPO/LC模塊以提高模塊化，便于移動，增加和變更。4U和1U配線架分別有12個和2托盤。4U配線架通常是用于連接到高密度電子設(shè)備以及交叉互聯(lián)使用。1U配線架通常用于主干光纜與架頂式接入交換機互聯(lián)。圖8和9舉例說明配線架設(shè)計，表3提供了配線架光纖的容量。

　　圖8-4U光纖配線架

　　圖9-1U光纖配線架

　　表3

　　MPO/LC扇出跳線組件已經(jīng)成為一種很流行的方法，用來連接到高端口數(shù)網(wǎng)絡(luò)交換機。一個使用MPO連接的主干光纜與扇出跳線端接，裝配在網(wǎng)絡(luò)電子設(shè)備的配線架。扇出跳線一端裝有一個MPO連接器，而另一端裝有單芯或雙芯連接器。相比于典型的雙芯跳線，扇出跳線組件不但大大的減少了連接到電子設(shè)備的布線量，易于管理，而且提高了冷卻效率。此外，扇出跳線組件可以配置交錯排列的分支，相匹配于電子設(shè)備接口卡的接口位置(圖10)。當(dāng)轉(zhuǎn)換成并行光學(xué)，您只需簡單的移除扇出跳線組件，替換為適當(dāng)?shù)腗PO跳線即可。

　　圖10

　　結(jié)論

　　現(xiàn)有和新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動數(shù)據(jù)中心中增加數(shù)據(jù)傳輸速率和光纖使用的需要。高密度光學(xué)連接解決方案是應(yīng)對這些趨勢必要的解決方案，不但可以充分利用光纜管理和數(shù)據(jù)中心使用面積，而且可以簡單的從雙芯串行傳輸遷移到12和24芯并行光學(xué)傳輸。OM3/OM4光學(xué)連接解決方案已做好準(zhǔn)備迎接這些挑戰(zhàn)。