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从数据通信角度看万物互联

过去十年间,日新月异的数据通讯技术不断打破地球上速度的极限和空间的约束。如今,我们可以通过微信实时为大洋彼岸的朋友送去一段视频祝福,也可以直播在海南三亚的浪漫婚礼。在这个万物互联的时代,数据通讯技术的突飞猛进,特别是用于存储、处理、传输数据的数据中心,其迅猛发展、不断迭代、也在不断重新定义人们生活方式。我们不妨作一个有趣的类比,打造一个数据中心就像是设计一座智慧城市。其成功的关键在于将新一代信息技术和物理元件有机相联,构筑简单、高效、可靠的数据城市基础。

万物互联的当下,固网和移动互联网通信数据流量以及数据存储需求正在以难以置信的速度增长。根据Gartner的统计,截至2020年,物联网(IoT)连接设备数量有望超过200亿。2016思科Cisco’s Visual Networking Index预测,全球月均移动数据通信数据流量将在2015年到2020年之间增长8倍,达到30.6 EB。固网和移动数据流量不断增长的需求推动了数据中心的数量和规模增加。如今另一个显著的趋势是公有云服务的兴起,这意味着需要布署多达万台量级的主机来搭建一个超大规模的数据中心,相比几百台服务器组成的普通数据中心,这就要求相关硬件层面的提升与需求相匹配,来应对以下的挑战。

§ 前瞻变革:数据中心加速迭代

传输速度之于数据中心就像是城市的交通方式变革。不断涌入的数据流量促使各大服务商不断地重新审视数据中心内数据传输速度的升级。数据中心设备已将数据传输速度从10Gbps提升至25、40、50和100Gbps,随着对于更高速产品的需求,连接器和电缆组件不断发展,当下的前沿技术很快就会普及为市场标准,例如,TE的Sliver内部电缆互连系统能够提供400Gbps到800Gbps高速宽带互联解决方案,业已被板载光纤模块联盟 (COBO) 确认为数据中心新标准,以应对数据传输速率不断提高所带来的挑战。与此同时,设计人员也势必面对更加复杂的信号传输路径设计。在全新的数据中心世界,分散式架构正推动着数据流量处理方式的创新,各机架、服务器之间不断增加的连接量推进了leafandspine架构的应用,这种架构需要更大型的高密度交换机以及大量的内部和外部端口。系统架构师必须谨慎考虑包括尺寸、重量、功耗、成本和性能在内的多个因素,确保做出最佳组合选择,特别是常常被忽视的线缆,也需要升级以适应硬件性能的提升,从而充分发挥硬件升级带来的各项提升。

TE Connectivity数据与终端设备事业部亚太区技术应用高级经理徐苏翔表示:“目前,全球宽带发展速度呈几何级增长:从1Gbps过渡到10Gbps约5-10年时间、再发展到25Gbps约2-3年时间、再从25Gbps提升到100Gbps约2年时间。其更新迭代的速度是超乎我们想象的,这就需要像TE这样的电子元器件企业不断提高我们的创新速度,跟上市场的步伐,更要求我们具有前瞻性的科研能力和市场预判。我预计传输速率接下来还将往400Gbps大踏步前进。”

§ 灵活紧凑:增强空间密度

人类居住空间利用率是随着人口不断攀升愈发值得重视的一大议题;同样,工程师在为数据信号设计居住环境时自然也需要考虑到流量急剧攀升趋势下如何高效利用空间。衡量一个数据中心设计优劣的一个重要指标便是其是否能够平衡服务器数量增长带来的空间密度问题与数据中心高性能扩展之间的矛盾。不妨试想一下,如果在紧凑的机箱中能够配置多个独立的服务器节点,不仅可以降低其空间占用,还将拥有灵活的存储和共享基础架构,这便要求每一个硬件单体具备更强的密度。

特别是数据中心的背板,为目前不断涌现的数据中心应用提供了核心支持,背板的性能限制会降低整体系统速度。正因为如此,TE的STRADAWhisper互连系统堪称革命性设计,能够在保证信号完整性并节省板内空间的基础上简化并改善背板设计,工程师无需耗费高昂的成本重新设计背板或中间背板,即可以实现高效的下一代系统升级,支持当前和未来的性能需求。

§ 革新设计:能耗与散热优化升级

超大批量服务器的投入使用以及传输速率的提升不可避免地伴随着电力的加倍消耗以及散热的要求。因此,电源线缆的配置、绿色节能与电力风险管控成为数据中心运营的一大重要议题,以帮助数据信号打造一座安全、节能的宜居“城市”。数据中心的电力和散热相关问题与速度需求一样,均决定了系统的设计和实施。在过去十年中,单个机架的功耗(以及因此产生的热损耗)大幅攀升,导致两个相互关联的问题:提供更高电力,解决拥挤机箱内的电源和有源电子部件的散热。由于大数据中心以及机架物理结构内(以及每个机架系统内的板连接处)均需要电流,因此需要许多电缆和相关连接器来满足电源通路设计。而对于单个连接器,即使很小的接触电阻和压降(IR损失)都会导致电源效率降低并增加散热(I2R),因此连接器处的温升必须保持到适度水平(通常30°C以下)以确保安全和性能。此外,对于支持板件“热插拔”(即在电源接通时拔出或插入)的连接器不断增加的需求带来了进一步的挑战。如果连接器不具备最佳的接触材料和特性,将导致供电时序和接触疲劳问题。

TE最新推出的microQSFP之所以被公认为打造了数据中心和无线通信应用领域的全新标准,有一大因素便在于该产品相较于传统标准的QSFP28提升了30%的散热能力,其革命性设计几乎将整个面板置于设备的可用气流中,并显著提高了连接器和所有其他内部元件的冷却效率,同时还保证在一个传统的10G输入/输出接口尺寸范围内,提供100G的传输速度。

中国特色:天时地利还需人和

相比欧美等其他国家,由于中国人口众多,在人口密集的地方,高峰时段对服务资源的需求与一般时段之间的差距会非常大。一个最明显的例子便是每年“双十一”购物狂欢节,上亿买手纷纷急不可耐地出手点击“确认”买单。通过云计算的技术,实现资源的集中和共享,满足特殊时段的超大流量需求,并把空闲时段的资源补充到其他需要的应用上,将会是一个非常有益的变化,更加适合中国的国情。此外,由于数据中心占地较大,常常建设在地形错综复杂、周围环境严苛的区域,这就更加需要硬件的设备能够经得起各种的挑战,并能保持高效、安全、可靠的运作。

未来的数据通信:一切皆有可能

未来的数据通信将实现更快的传输速率、更强大的数据交换网络、更无缝实时的通讯,让当初看似异想天开的场景变为一个个真实的应用。事实上,未来离我们并不遥远。今年世界移动通讯大会(MWC)上,20多家在行业内颇具影响力的公司同时宣布,5G新无线电技术将在2019年大规模部署。这意味着两年之后,普通消费者就能获得更快的数据传输体验,比之前的预期提早一年。“5G将带来高速率、低延迟、高容量的优势,引爆一系列终端和产业的变革,颠覆人们的生活场景,诸如手机应用、虚拟现实、自动驾驶、远程手术等。”TE Connectivity副总裁、数据与终端设备事业部亚洲区及欧洲区总经理、TE中国事业部联席委员会主席Jason Merszei在2017MWC现场表示,“简单来说,未来的数据通信,一切皆有可能,而这些创举的物理基础正是来自于我们互联世界的数据骨干支柱。”

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