Инженерная инфраструктура центров обработки данных (ЦОД)

В кабельной инфраструктуре центров обработки данных все шире используются оптические кабельные системы. Увеличение количества прокладываемых в ЦОДе оптических волокон наряду с повышением компактности устанавливаемого сетевого оборудования привело к появлению новых типов многополюсных разъемов

     Стремительный рост объемов информации, поступающей в ЦОДы, перерабатываемой и хранимой ими, стал драйвером для создания высокопроизводительных протоколов передачи данных и систем на их основе. Сегодня можно выделить две «целевые» технологии Fibre Channel и InfiniBand, обе они основаны на последовательной передаче битов данных и позволяют эффективно организовать надежный обмен большими объемами информации между многими рабочими местами, суперкомпьютерами, серверами, системами хранения данных и другими периферийными сетевыми устройствами.

     Эти технологии, использующие SCSI, IP и другие стандартизированные протоколы передачи данных, дают возможность получить системы с суммарной пропускной способностью несколько терабит в секунду.

Оптические каналы передачи

Вместе с тем необходимость обеспечивать эти самые несколько терабит в секунду предъявляет жесткие требования к передаточным параметрам канала связи на физическом уровне. Традиционные системы на основе медного кабеля в большинстве случаев не способны удовлетворить требованиям по ширине полосы пропускания и дальности передачи, поэтому для органи-зации кабельной инфраструктуры при развертывании систем хранения данных в Центрах обработки данных практически идеальным выбором являются волоконно-оптические кабели, обеспечивающие существенно б'ольшую полосу пропускания при меньших потерях.

      Безусловно, спецификации* физического уровня обеих технологий предусматривают возможность использования как кабелей с витыми парами, так и оптических кабелей. Однако системы хранения данных следующего поколения должны будут взаимодействовать на скоростях существенно выше 10 Гбит/с. Для поддержки таких скоростей передачи, вероятнее всего, придется перейти к параллельной передаче битов в каждом байте данных (рис. 1). В этом случае существующие медные кабельные системы просто не смогут обеспечить требуемую дальность передачи из-за высоких потерь.

Оптические многополюсные разъемы

Несколько параллельных независимых каналов можно организовать с помощью компактного оптического кабеля, содержащего требуемое количество волокон. Основная сложность при этом– непосредственное подключение оптических волокон к портам активного сетевого оборудования.

     Такое подключение чаще всего реализуется на основе традиционных оптических разъемных соединителей (например, оптического интерфейса типа LC). Главное преимущество разъема LC по сравнению с другими типами стандартных интерфейсов – компактность. При диаметре ферула 1,25 мм интерфейс позволяет достичь вдвое большей плотности монтажа портов, чем наиболее распространенный интерфейс SC. Кроме того, размещение дуплексного порта на малой площади дает возможность сделать современные SFP-модули (подключаемые трансиверы) исключительно компактными, благодаря чему производители активного оборудования могут уменьшить его габариты при одновременном повышении плотности портов.

     С другой стороны, следуя структурированному подходу к организации информационной кабельной проводки, для повышения гибкости системы и упрощения ее обслуживания стандарт TIA/EIA-568-B.1 предусматривает возможность использования нескольких точек кросс-коннекта*. С точки зрения экономии полезного пространства в помещении машинного зала или телекоммуникационной комнаты оборудование для организации кросс-коннекта должно поддерживать максимальную плотность подключений (см. п. 5.4.2 стандарта TIA/EIA-568-B.3**).

     Поскольку оптические соединения в точках кросс-коннекта, создаваемых для систем хранения данных, имеют значительный объем, закономерно возник вопрос о возможности коммутации нескольких оптических волокон в одном элементарном разъемном соединении. Эта задача была решена с помощью нового типа оптического ферула – МТ-ферула, который представляет собой планарный многоволоконный ферул с выкладкой оптических волокон в V-образные канавки. Впоследствии на его основе был разработан и стандартизован новый многополюсный оптический интерфейс MPO (Multi-Fiber Push On) (рис. 2).

     Этот интерфейс первоначально был разработан компанией NTT. Сегодня он поддерживается стандартами FOCIS 5, TIA 604-5B и IEC-61754-7. Его достоинства заключаются в компактности и высокой плотности монтажа – он позволяет разместить до 12 оптических волокон в ряд или до 24 волокон в два ряда. Наиболее часто используется вариант с 12 волокнами, так как повышение емкости интерфейса до 16 или 24 волокон приводит к ухудшению передаточных свойств разъемного соединения из-за сложности обеспечения точного расположения волокон в феруле.

Оптический многополюсный разъем MTP

Однако интерфейс МРО обладает и целым рядом конструктивных недостатков, которые ограничивают его применение в системах, требующих высокой производительности. Основное ограничение – невозможность достичь таких же передаточных характеристик, как у разъемного соединения на основе типовых соединителей, например LC или SC. Вследствие этого при проектировании кабельной системы необходимо заранее оценить, насколько плотность монтажа важна по сравнению с ограничением допустимого бюджета потерь системы из-за большого вносимого затухания (рис. 3).

     Низкие передаточные характеристики разъемного соединения на основе интерфейса MPO вызваны главным образом отсутствием фиксации центрирующих штырьков внутри МТ-ферула и плотной посадкой самого ферула в корпусе разъема. В первом случае после нескольких соединений ответные центрирующие отверстия разбиваются и взаимное расположение волокон двух коммутируемых разъемов рассогласовывается. Во втором случае, при боковых нагрузках на разъемное соединение в процессе монтажа или обслуживания, нарушается юстировка разъема, что приводит к еще более высоким вносимым потерям.

     Чтобы устранить эти проблемы, американская компания US Conec внесла существенные конструктивные изменения в стандартный разъем MPO. Свою разработку она запатентовала под торговой маркой MTP. Разъем МТР не имеет описанных выше конструктивных недостатков, и при его использовании вносимые потери могут быть снижены до уровня, сопоставимого с потерями в соединении на основе стандартных интерфейсов LC, SC и т.д. Дополнительное преимущество разъемов MTP заключается в возможности установки или удаления центрирующих штырьков в полевых условиях, что позволяет менять «пол» разъема без ухудшения его параметров.

Интеграция интерфейса МРО/MTP

Высокая плотность монтажа, которую обеспечивает интерфейс МРО/МТР, привлекла внимание разработчиков активного оборудования. В высокопроизводительных системах, где требуются каналы с пропускной способностью около сотни гигабит в секунду, параллельное расположение волокон дает возможность элегантно организовать параллельные интерфейсы. В случае оптического тракта речь идет о системах передачи на основе параллельной оптики. Например, при интеграции интерфейса МРО/МТР в корпус оптического трансивера СХР в оборудовании InfiniBand (рис. 4) в основу положен разъем с 24 волокнами в МТ-феруле. Разработчики рассчитывают организовать 12 дуплексных параллельных каналов с пропускной способностью 10 Гбит/с каждый. Таким образом, применив оптические волокна категорий ОМ3 или ОМ4 (ОМ3+), предполагается получить суммарную пропускную способность порядка 120 Гбит/с.

     Принимая во внимание возможность использования в составе кабельных систем высокой емкости компактных оптических кабелей (например, емкостью 24 волокна при наружном диаметре кабеля 4,5 мм), допустимо говорить о том, что удельное количество каналов на единицу площади поперечного сечения несущих кабельных систем (сетчатых лотков, пластиковых коробов и т.д.) возрастает в 20 раз. За счет этого можно оптимизировать количество прокладываемых кабелей в подпольном пространстве машинного зала современного ЦОДа и повысить эффективность циркуляции холодного и горячего воздуха, поступающего от оборудования. В результате мощность, потребляемая системой вентиляции и кондиционирования, снизится. А это пусть маленький, но верный шаг к «зеленому» ЦОДу (читай – дружелюбному к окружающей среде).

     Оптический интерфейс МРО/МТР упрощает организацию обслуживаемых разъемных соединений в кабельных системах. Благодаря возможности развертывания в режиме plug & play и снижению нагрузки на лотковые системы и точки оптического кросс-коннекта, многополюсный интерфейс занял достойное место среди технологий, применяемых сегодня при создании элементов инфраструктуры и активного оборудования для высокопроизводительных систем передачи, хранения и обработки информации.

     Автор статьи: Денис Моргунов, Источник