Por: James Joven / CommScope
En lo que respecta al cableado del centro de datos (CC), se ha escrito mucho sobre la prolongada batalla entre la fibra y el cobre por la supremacía en la capa de acceso. Independientemente de qué lado esté, no se puede negar los cambios acelerados que afectan su decisión de cableado. Las velocidades de carril del centro de datos han aumentado rápidamente de 40 Gbps a 100 GBps, e incluso alcanzan los 400 GBps en centros de datos empresariales y basados en la nube más grandes. Impulsados por ASIC más potentes, los conmutadores se han convertido en los caballos de batalla del centro de datos, por lo que los administradores de red deben decidir cómo distribuir y entregar mayores capacidades de datos, desde los conmutadores hasta los servidores, de la manera más eficaz posible. Casi lo único que no ha cambiado mucho es el enfoque implacable en la reducción del consumo de energía (el caballo tiene que comer).
¿El futuro del cobre en la red de centros de datos?
En la actualidad, la fibra óptica se utiliza en toda la red de CC, con la excepción de las conexiones de conmutador a servidor en el gabinete en las áreas de distribución de equipos (EDA). Dentro de un gabinete, el cobre continúa prosperando, por el momento. A menudo considerado económico y confiable, el cobre es una buena opción para conexiones cortas de conmutadores en la parte superior del bastidor y aplicaciones de menos de 50 GBps. Sin embargo, puede ser hora de seguir adelante.
La desaparición del cobre en el centro de datos ha sido larga y predicha. Sus distancias útiles continúan reduciéndose y la mayor complejidad dificulta que los cables de cobre compitan contra una mejora continua en los costos de fibra óptica. Aún así, el viejo medio ha logrado aguantar. Sin embargo, las tendencias de los centros de datos y, lo que es más importante, la demanda de un rendimiento más rápido y flexibilidad de diseño, pueden finalmente señalar el final del cobre de par trenzado en el centro de datos. Dos de las mayores amenazas para la supervivencia del cobre son su limitación de distancia y el rápido aumento de los requisitos de energía, en un mundo donde los presupuestos de energía son muy críticos.
Pérdida de señal en la distancia
A medida que aumentan las velocidades, el envío de señales eléctricas a través del cobre se vuelve mucho más complicado. Las velocidades de transferencia eléctrica están limitadas por las capacidades de ASIC y se requiere mucha más potencia para alcanzar incluso distancias cortas. Estos problemas afectan la utilidad incluso de los cables de conexión directa (DAC) de corto alcance. Las tecnologías alternativas de fibra óptica se vuelven convincentes por su menor costo, consumo de energía y facilidad operativa.
A medida que crece la capacidad del conmutador, el problema de la distancia del cobre se convierte en un desafío evidente. Un solo conmutador de red de 1U ahora admite varios bastidores de servidores y, a las velocidades más altas que requieren las aplicaciones actuales, el cobre no puede abarcar incluso estas distancias más cortas. Como resultado, los centros de datos se están alejando de los diseños tradicionales de la parte superior del rack y están implementando implementaciones de interruptores en el medio o al final de la fila y diseños de cableado estructurado más eficientes.
El consumo de energía
A velocidades superiores a 10G, las implementaciones de cobre de par trenzado (por ejemplo, UTP/STP) prácticamente han cesado debido a limitaciones de diseño. Un enlace de cobre obtiene energía de cada extremo del enlace para respaldar la señalización eléctrica. Los transceptores de cobre 10G actuales tienen un consumo de energía máximo de 3 a 5 vatios. Si bien eso es alrededor de 0,5-1,0 W menos que los transceptores utilizados para los DAC (ver a continuación), es casi 10 veces más potencia que los transceptores de fibra multimodo. Tenga en cuenta que el costo compensa el calor adicional generado, los costos operativos del cobre pueden duplicar fácilmente los de la fibra. El diferencial de potencia para el cobre se extiende más allá de los cables de red: se aplica igualmente a las trazas de cobre dentro del conmutador. De punta a punta, estas pérdidas de energía se suman.
Si bien hay algunos en el centro de datos que aún abogan por el cobre, justificar su uso continuo se está convirtiendo en una batalla cuesta arriba que se vuelve demasiado difícil de pelear. Con esto en mente, veamos algunas alternativas.
Cobre adjunto directo (DAC)
Los DAC de cobre, tanto activos como pasivos, han intervenido para vincular servidores a conmutadores. El cableado DAC es una forma especializada de par trenzado. La tecnología consiste en un cable de cobre blindado con conectores tipo transceptor enchufables en cada extremo. Los DAC pasivos utilizan las señales proporcionadas por el host, mientras que los DAC activos utilizan componentes electrónicos internos para impulsar y acondicionar las señales eléctricas. Esto permite que el cable admita velocidades más altas en distancias más largas, pero también consume más energía. Los DAC activos y pasivos se consideran económicos. Aun así, como medio basado en cobre, las limitaciones de atenuación sobre la distancia son obstáculos significativos para el futuro de la tecnología. Teniendo en cuenta que los conmutadores nuevos pueden reemplazar varios conmutadores TOR (lo que ahorra una gran cantidad de capital y energía), es posible que los DAC no sean la solución de bajo costo que parecen ser en la superficie.
El cable óptico activo (AOC) es un paso adelante del DAC activo y pasivo, con un rendimiento de ancho de banda de hasta 400 Gbps. Además, como medio de fibra, AOC es más liviano y más fácil de manejar que el cobre. Sin embargo, la tecnología viene con algunas limitaciones serias. Los cables AOC deben ordenarse según la longitud y luego reemplazarse cada vez que la CC aumente la velocidad o cambie las plataformas de conmutación. Cada AOC viene como un conjunto completo (al igual que los DAC) y, por lo tanto, en caso de que falle algún componente, se debe reemplazar todo el conjunto. Este es un inconveniente en comparación con los transceptores ópticos y el cableado estructurado, que proporciona la mayor flexibilidad y facilidad operativa.
Quizás lo más importante es que tanto el cableado AOC como el DAC son soluciones punto a punto. Por lo tanto, existen fuera de la red de cableado estructurado, lo que dificulta la escalabilidad, la administración y la eficiencia operativa general. En segundo lugar, como soluciones de cableado fijo, los AOC y los DAC no pueden admitir la flexibilidad que los centros de datos necesitan para admitir redes de servidores de mayor capacidad e implementar diseños de filas de servidores nuevos y más eficientes. Además, cada vez que aumenta la velocidad o cambia un interruptor, debe reemplazar los AOC y DAC.
Óptica enchufable
Mientras tanto, los transceptores ópticos enchufables continúan mejorando para aprovechar las mayores capacidades de las tecnologías de conmutación. En el pasado, un solo transceptor que transportaba cuatro carriles (también conocido como cuádruple de factor de forma pequeño enchufable [QSFP]), permitía a los administradores de DC conectar cuatro servidores a un solo transceptor. Esto dio como resultado una reducción estimada del 30 % en el costo de la red (y, posiblemente, un 30 % menos de consumo de energía) que los conmutadores basados en puertos dúplex. Los conmutadores más nuevos que conectan ocho servidores por transceptor duplican el costo y el ahorro de energía. Mejor aún, cuando se agrega la flexibilidad del cableado estructurado, el diseño general se vuelve escalable. Con ese fin, el IEEE introdujo el estándar P802.3.cm y está trabajando en P802.3.db, que busca definir transceptores creados para conectar servidores a conmutadores.
Óptica coempaquetada
Todavía en las primeras etapas, la óptica coempaquetada (CPO) acerca el motor de conversión eléctrica a óptica al ASIC, eliminando el rastro de cobre en el interruptor. La idea es eliminar las pérdidas eléctricas asociadas con los enlaces de cobre cortos dentro del conmutador para lograr un mayor ancho de banda y un menor consumo de energía. Los defensores de la tecnología argumentan que es la mejor manera de pasar a la plataforma de próxima generación y velocidades más altas mientras se mantiene un presupuesto de energía asequible. Su objetivo es eliminar las últimas pulgadas de cobre del enlace de la red para lograr la eficiencia totalmente óptica de ASIC a ASIC que necesitarán las redes de CC. Es un objetivo ambicioso que requerirá la colaboración de toda la industria y nuevos estándares para garantizar la interoperabilidad.
Hacia dónde nos dirigimos (antes de lo que pensamos)
La marcha hacia 800G y 1.6T continuará; debe hacerlo si la industria quiere tener alguna posibilidad de cumplir con las expectativas de los clientes en cuanto a ancho de banda, latencia, IA, IoT, virtualización y más. Al mismo tiempo, los centros de datos deben tener la flexibilidad para desglosar y distribuir el tráfico desde conmutadores de mayor capacidad de manera que tenga sentido, tanto desde el punto de vista operativo como financiero. Esto sugiere más soluciones de cableado y conectividad que pueden admitir diversas aplicaciones de fibra al servidor, como el cableado estructurado de fibra.
En este momento, según la hoja de ruta de IEEE Ethernet, las infraestructuras de 16 fibras pueden proporcionar un camino limpio hacia esas velocidades más altas mientras hacen un uso eficiente del ancho de banda disponible. El cableado estructurado que utiliza el diseño de 16 fibras también nos permite dividir la capacidad para que un solo conmutador pueda admitir 192 servidores. En términos de latencia y ahorro de costos, las ganancias son significativas. En CommScope, esto es lo que vemos y escuchamos de nuestros clientes de grandes empresas y centros de datos en la nube. La mayoría de ellos han llegado a un punto de inflexión y se están volcando con la fibra porque miran los hiperescaladores y se dan cuenta de lo que se avecina.
La pregunta de $ 64,000 es: ¿Ha dejado finalmente el cobre de ser útil? La respuesta corta es no. Continuará habiendo ciertas aplicaciones de corto alcance y bajo ancho de banda para centros de datos más pequeños donde el bajo precio del cobre supera sus limitaciones de rendimiento. Así también, es probable que los CPO y los transceptores conectables en el panel frontal desempeñen un papel. Simplemente no existe una solución única para todos.
Dicho esto, aquí hay un pequeño consejo para cualquiera que se pregunte si es hora de eliminar el cobre y prepararse para apostar por la fibra. En palabras del novelista Damon Runyan: “La carrera no siempre es para los más rápidos o la batalla para los más fuertes, pero seguro que es la forma de apostar”.
