適合當今資料中心的佈線解決方案

纜線就像輸送天然氣或石油的管道一樣，負責輸送資料以便進行運算。

數據與通訊設備所需的纜線種類取決於眾多因素，包括傳輸的流量類型和傳輸的距離。例如，用於資料儲存的纜線會將流量的路徑從電腦安排到儲存交換機再到儲存單元，而用於網路流量的纜線則會將數據路徑從電腦安排到網路交換機再到路由器。電信流量則會從手機基地台或纜線箱轉移到中央機房。每個都需要不同種類的纜線。

距離也很重要 - 佈線的距離可以很短、在同一座伺服器機架內，或是建築物中的不同機架或房間之間。但也有其他佈線情況要遍及整個園區且蔓延好幾英里。

多年來有項重大發展，讓佈線的決策越來越重要，那就是資料中心的快速成長。

資料中心的崛起

AI 革命隨著高速資料中心展開，因為各種應用程式需仰賴資料中心作為運算骨幹。隨著 AI 爆炸式成長，對資料中心的需求也隨之增加。根據麥肯錫的資料，至少在 2030 年前，光美國本身的資料中心需求就會增加 10%。此外，根據 Dell'Oro Group 的報告，在 AI 伺服器需求不斷增加的主力推動下，光 2024 年第二季，資料中心的資本支出就增加將近 50%。

為了滿足對高速運算無止盡的需求，光靠資料中心數量的增加已經不夠。高效能伺服器也面臨著效能更好、速度更快且吞吐量更大的壓力，都得靠互連元件在資料中心內部以及之間傳輸資訊才可辦到。100 G 網路曾經是黃金標準，但隨著 IIoT、雲端運算和 AI 的採用，400 G 的部署目前已逐漸成為常態。另一項要注意的資料中心發展就是降低能耗的呼聲越來越高。這表示資料傳送速度不僅要提高，能源效率也要提升。

對更大、更好、更快、更節能的運算需求，對資料中心的佈線來說意味什麼？從最基本的角度來看，纜線需要快速傳輸資料、具備低延遲，而且不會遺失數據封包或消耗過多電力。纜線還要在不產生太多廢熱的情況下完成這項工作，因為散熱也要耗費能量。

資料中心含有數十種的設備，包括網路、散熱、儲存和電力系統，但為方便本文章討論，重點將放在典型資料中心機架上硬體元件的佈線。可能包括交換機 (其功能類似於流量控制器) 和收發器 (將資料從一個系統轉換到另一個系統)。

當今資料中心的纜線

有三種纜線常用於大量通訊，例如 10 Gbps 容量或最現代化的 400 Gbps。典型的家庭網際網路連線低於 1 Gbps。

CAT6 纜線：CAT6 纜線使用 RJ45 接頭，是傳輸傳輸乙太網訊框用的常見電腦連網元件。為了連接交換機設備，採用 RJ45 收發器將交換機轉換成相容 RJ45 的訊號，然後在另一端再次轉換回來。這當中的延遲約為 2.6 ns，可以傳輸約 100 m。收發器會增加約 4 W 的功耗。

光纖：光纖常用於影音通訊中，也可用於連網和數據。其採用光學連接器，需要一個收發器將電轉換為光，然後再轉換回電能。一旦轉換為光，光纖的延遲約為 0.1 ns，並且可以傳輸數百公尺。然而，光纖傳輸非常挑剔；其中含有玻璃或塑膠，因此不可彎折，而且如果末端沾染一絲灰塵，能力就會下降。此外，價格昂貴，尤其是在添加光收發器後，這會讓功耗增加約 4 W。

直連銅纜 (DAC)：DAC 是最簡易、最不侷限的佈線選項。由銅引線製成，最適合短距應用，例如同一機架內的元件。DAC 價格低廉且靈活，在連接相容設備時無需使用收發器，但僅可傳輸幾公尺。此外，DAC 的佈線不可太靠近電源、大型電池或磁鐵，否則會受到干擾影響。

DAC 分為被動和主動兩種。被動式 DAC 沒有收發器，而且傳輸也屬於被動，因此會依照訊號原樣進行傳輸。沒有收發器，因此有助於將功耗維持在最低水準。

主動式 DAC 具有織入式收發器，還會針對潛在的訊號損耗進行補償，因此是資料中心中遠距應用的更安全選擇。添加收發器等電子元件會讓主動式 DAC 的功耗提高一些，通常約增加 1 W。

DAC 在資料中心的優勢

在資料中心中，延遲 (資料從一處傳輸到另一處所需的時間) 必須越短越好。許多時間急迫的應用，例如倉庫中的自主移動機器人 (AMR)，或是金融業的每日交易，都取決於瞬間的決策。DAC 最顯著的優勢在於具有這樣的低延遲。DAC 的簡易性直接造就此關鍵特點。沒有任何資料要通過的複雜中間元件，因此在設計上不複雜且更容易維護。

DAC 也是經濟實惠的佈線選項，尤其是被動式 DAC，其功耗非常低。最大的限制在於這些纜線可以在不造成太多訊號衰退的情況下進行傳輸的長度，通常約為幾公尺。DAC 並非遠距數據傳輸的最高效率選項，最適合用於同一機架內或機架之間的短距連接。其具有彎曲能力，因此特別適合需要彼此穿越及繞過狹窄角落的密集式互連。

3M 的 9V4 系列 400G QSFP-DD DAC 纜線組件 (圖 1) 採用 3M 雙軸纜線技術，可打造靈活、可摺疊的高效能解決方案。特別值得注意的是 QSFP-DD (四通道小型可插拔雙密度) 外形尺寸，因為此硬體標準有利於加快連接。SFP 是指纜線符合一種標準形狀和尺寸，可插入到網路設備中；「四通道」是指纜線可支援四個數據通道；雙倍密度能讓兩倍的資料量流經相同實體大小的連接器。

圖 1：3M 的 9V4 系列 400G QSFP-DD DAC 纜線組件特別適用於資料中心中同一機架內或機架之間的低延遲短距連接。(圖片來源：3M)

最終結果是，像 3M 9V4 系列 400 G QSFP-DD 這樣的 DAC 纜線會是同類產品中最好的，可以容納高達 400 Gbps 的頻寬，可連接伺服器、交換機、儲存裝置和其他高速設備。

資料中心 DAC 的佈線設計考量

有鑑於被動式 DAC 是適合資料中心，且最經濟實惠、低延遲的選擇，因此值得考量如何將其整合到資料中心的基礎架構機架中。

要考量的幾個關鍵因素包括：

• 硬體相容性：由於纜線要連接收發器、交換機、路由器等裝置，因此務必確保挑選與現有系統相容，並可適應未來反覆迭代的款式。3M 的 9V4 系列 400G QSFP-DD 可相容於大多數現代化設備。如果資料中心需要將一個高容量連接埠拆分為多個低容量連線 (例如將一個 400 Gbps 拆成四個 100 Gbps 或八個 50 Gbps 連線)，此系列還附帶分接纜線組件。
• 保留數據訊號：DAC 的設計必須考量到纜線特別容易受到電磁干擾 (EMI)，尤其是來自電源線和纜線的干擾。因此，DAC 數據纜線必須與其他電力纜線明確隔開。
• 容易觸及以便維修：纜線的位置應方便維護技術人員接觸。DAC 從房間天花板串接的架空佈線方式，通常會是較容易接觸的作法，因為纜線不用太長也不會過度扭曲就可達到互連。
• 高效通風和散熱：技術堆疊會散發大量熱量，因此 DAC 佈線的管理必須考量通風計畫。這可能會影響設備密度和相關佈線要求。
• 擴充性：技術堆疊更改時，DAC 佈線也要跟著應變。將纜線分組並有效地標記和捆綁，有助於技術人員管理整組元件，就不必單獨進行分類。

結論

運算持續演進成適合邊緣 AI、更多虛擬化和超融合的環境，因此預計相關硬體設備的需求也會隨之改變。

在未來，機器學習硬體、邊緣資料中心和分散式基礎架構的運用可能會更常見。具有進階安全性和永續特性的硬體也不遠了。儘管如此，DAC 可能仍會繼續成為首選纜線，尤其是在技術機架的短距互連情況。其雷射般的低延遲和整體成本效益無與倫比。因此，DAC 將繼續運用在資料中心及其他領域中。