עתיד מזהיר לחיבורי כבלים לקלט/פלט מהיר

FCI

אתגר רוחב הפס
הדרישה המתמדת לרוחב פס תקשורת גדול יותר לרשתות מרכזי נתונים, מאתגרת את טכנולוגיות הקישור, כגון Ethernet, Infiniband, Fibre Channel, ו- Serial-Attached SCSI .. מאמר זה סוקר בקצרה את המגמות המניעות דרישה הולכת וגדלה זו ומהו המענה שניתן לה בתעשיות, כולל על ידי ספקי המחברים ומכלולי הכבלים.

הדרישה הצרכנית שאינה יודעת שובעה – אם מדובר בקליפים באתרים כדוגמת יוטיוב, בווידאו באינטרנט בזמן אמיתי, בווידאו מקיף ממוניטורים של מצלמות אבטחה או בהורדות וידאו מספקי שירות של בידור מיידי – צפויה להימשך ותהיה המניע העיקרי לגידול הגבוה מאד של תעבורת IP בעתיד הנראה לעין. למרות ההשפעות של ההאטה הכלכלית, צפי מאמצע שנת 2009 חוזה שהתעבורה הגלובלית תוכפל פי חמישה בין שנת 2008 לשנת 2013, כלומר קצב גידול כולל של 40% בשנה. כדי לספק את הדרישה, הגיעו כמה מרכזי נתונים של ספקי אינטרנט ל”סדר גודל של מחסן” עקב הצורך לחבר עשרות אלפי שרתים.
בינתיים, עוד ועוד יישומים מורכבים של מחשוב מדעי, טכני, ופיננסי דורשים מחשבי על חזקים יותר ואשכולות גדולים יותר ועתירי ביצועים. התקנת מחשבים של “גריסת מספרים” (number-crunching machines) מהשורה הראשונה כדוגמת מחשב קריי “יגואר” במעבדות הלאומיות של Oak Ridge ומחשב “Sun “Ranger במרכז המחשבים המתקדם בטקסס – מצריכה מעל אלף כבלים וקילומטרים של כבלים לצורך פעולת כל השרתים, המתגים וחיבורי האחסון ההכרחיים.
ההתקדמות בעיבוד מרובה ליבות, בוירטואליזציה, בקונסולידציה, במהירויות מוגברות של מהירויות אפיק מארח, בביצועי זיכרון וביכולות אחסון, סייעה בהחלט להגדיל את היכולת הזמינה למתכנן לשילוב בתכנון מערכות. אבל טכנולוגיות אלו מטילות עומס נוסף על יכולת רוחב הפס, על צריכת החשמל ועל ניהול החום. יש להתחשב גם באילוצים של גודל ביציאות בעלות מהירות גבוהה של קלט/פלט. המארזים אינם גדלים יותר ולכן האפשרויות להגדיל את מספר יציאות הקלט/פלט ואת רוחב הפס הן הגדלת צפיפות היציאות לאורך שפת כרטיס מיתוג קווים או שימוש במהירויות אות גבוהות יותר בתוך מסלול.

פתרונות קלט/פלט מהיר
החדשות הטובות מבשרות על כך שפותחו מערכות קלט/פלט שמספקות מענה לרבות מהדרישות הללו. חברות וגופים מובילים בתעשייה מיקדו את מאמציהם בפיתוח מפרטים שיבטיחו אחידות, תאימות ופונקציונליות רשתות לחיבורי חומרה ותקשורת אותות ותוכנה. גופים כגון Optical Internetworking Forum, Infiniband Trade Association, IEEE 802.3 Working Group, INCITS T10 and T11 Task Groups, ו- SFF Committee – כולם תרמו תרומה חשובה.
כיום תופסים חיבורי + SFP את מקומם של חיבורי SFP הן ל-Ethernet והן ל-Fibre Channel. בעוד שהנפח שתופסת מערכת +SFP בלוח זהה לזה של מערכת SFP, +SFP משפרת פי עשרה את רוחב הפס ביחס למערכת SFP עבור  (10 ג’יגה-סיביות לשנייה לעומת 1 ג’יגה-סיביות לשנייה)  ומשפרת פי שניים את רוחב הפס עבור Fibre Channel
(8.5 ג’יגה-סיביות לשנייה לעומת 4.25 ג’יגה-סיביות לשנייה). מערכת +SFP מאפשרת לייעד או להגדיר ללא הגבלה כל יציאת מערכת זמינה לכבלי נחושת או לכבלים מבוססי סיבים כפי שמכתיבה סביבת ההתקנה הספציפית.
אפיונים חדשים אחרים שפותחו לחיבורים מקביליים מהירים, מאפשרים יציאות בעלות רוחב פס גדול אף יותר. מערכת +QSFP משתמשת בתצורת חיבור 4x 10 ג’יגה-סיביות לשנייה עבור יציאה של 40 ג’יגה-סיביות לשנייה. באופן דומה, מערכת CXP  מספקת 12 מסלולים שניתנים לפריסה כדי לתמוך ביציאה בעלת רוחב פס כולל של 100 עד 120 ג’יגה-סיביות לשנייה QSFP+ ו-CXP מאופיינות כיום עבור חיבורי קישוריות 4x ו-12x של Infiniband Quad Data Rate  ועם ההפצה של מפרט IEEE 802.3ba מאוחר יותר השנה צפוי שימוש בהן גם עבור חיבורי 40 ג’יגה-סיביות לשנייה ו- 100ג’יגה-סיביות לשנייה של Ethernet.
השוואה של הצפיפות היחסית של רוחב הפס בשלושה סוגי היציאות מראה ש-QSFP + ו-CXP יכולות גם להגדיל את צפיפות רוחב הפס של יציאת קלט/פלט לאורך השפה של כרטיס מיתוג קווים. יציאת SFP+ יחידה הפועלת בקצב של 10 ג’יגה-סיביות לשנייה, מספקת רוחב פס של בקרוב 16 ג’יגה-סיביות לשנייה לאינץ’. QSFP+ משפרת את הקצב פי שלושה ל-48 ג’יגה-סיביות לשנייה לאינץ’, ו-CXP מספקת שיפור נוסף של פי 2.3 ל-113 ג’יגה-סיביות לאינץ’. השימוש בתצורות של יציאת קלט/פלט: חבורה, הערמה כפולה או בטן אל בטן, נותן למתכנני מערכת אפשרויות להשיג אף צפיפות קווית גבוהה יותר של רוחב פס באמצעות כמה סוגים של יציאות.
יציאות מארח מסוג SFP+ או CXP+ מקבלות פתרון של כבל פסיבי מבוסס נחושת לאורכי כבל של 5 עד 7 מטרים (או ארוך יותר בהתאם לקריטריונים לקבלה), פתרון של כבל אקטיבי-מושווה מבוסס נחושת לאורכי כבל שעד 15 מטר (או ארוך יותר בהתאם לקריטריונים לקבלה), או מודול מקלט משדר אופטי plug-in עם מחבר אופטי בגב המודול כדי לקבל מכלולי כבל של סיב אופטי המאפשרים אורך גדול יותר של כבל. גישה ארכיטקטונית זו מעניקה למתקין הציוד ולמשתמש במערכת גמישות בהגדרת חיבור הכבל הדרוש כדי לשרת סביבות התקנה שונות.
לאחרונה נוספה אפשרות רביעית לכבלים, הידועה כמכלול כבל אופטי פעיל,
(active optical cable (AOC. אפשרות זו נוספה בעקבות הפיתוח של  QSFP+ ו-CXP לחיבורי QDR של Infiniband במערכות חישוב HPC
ב-AOC, הסיב האופטי מחובר ישירות למשדר מקלט אופטי שמוטבע במעטפת הגב המתכתית בכל קצה של מכלול הכבל. המכלול האלקטרו אופטי המשולב מסייע להנמיך עלויות באמצעות הפחתת רכיבים והצגת ממשק חשמלי לעולם החיצון. פתרונות קצה לקצה אלו ממריאים במהירות עבור התקנות HPC הודות לעלויות רכישה ותפעול מופחתות, ביטול הצורך בהידודיות (interoperability), בטיחות לעיניים, זיהום של מחברים אופטיים ובעיות ניקוי ואמינות משופרת. תחזית שנתנה לאחרונה אומרת שמקטע AOC יצמח בשיעור של עד כ-39% בשנה, ויגיע להיקף של 192 מיליון דולר עד שנת 2013.
למרות שהדיונים בגופי תעשייה שונים נמצאים עדיין בשלבים המוקדמים, סימנים מוקדמים מצביעים על סבירות לגידול נוסף במהירות הערוץ החשמלי. Ethernet, Fibre Channel ו-Infiniband, מתכנסות למהירויות ערוץ עתידיות של 25-28 ג’יגה-סיביות לשנייה ביציאות קלט/פלט מהירות. למרות העבודה הרבה הנדרשת בהערכת היכולות של מחברים וחיבורים במהירויות אלו לפני השלמת גורמים צורניים ומפרטים, תוצאה צפויה אחת היא גידול נוסף בצפיפות רוחב הפס ביציאות. לדוגמה, גורם צורני קומפקטי יותר דמוי QSFP 4 x 25 ג’יגה-סיביות לשנייה עשוי להחליף את התצורה הראשונית של 10‏‎ 10 ג’יגה-סיביות לשנייה בחיבור של 100 ג’יגה-סיביות לשנייה.
חשיבותם של חיבורים פנימיים אופטיים צפייה לגדול מאחר שהאתגרים הטכנולוגיים והעלויות של ערוצי נחושת עבור 25-28 ג’יגה-סיביות לשנייה יגבילו את השימוש בכבלי נחושת. יש החוזים שהאורך המרבי של כבלי נחושת פסיביים המחוברים באופן ישיר יהיה 2-3 מטר. מגבלה זו עשויה לדרבן שילוב של סיב אופטי במרכז הנתונים, אם בצורת AOC  משולבים ואם כמודולי משדר-מקלט וכבלים אופטיים בודדים.
הכתבה נמסרה באדיבות ארו ישראל.