פתרון הכבלים עבור מרכזי הנתונים של היום

בדומה לצינורות הנושאים גז או נפט, כבלים נושאים נתונים, שהם הדלק עבור מחשוב.

סוגי הכבלים הדרושים עבור ציוד מידע ותקשורת תלויים בגורמים שונים, כולל סוג התעבורה שהם מעבירים והמרחקים שהם עוברים. לדוגמה, כבלים לאחסון נתונים מנתבים תעבורה ממחשבים למתגי אחסון ומשם ליחידות אחסון, בעוד שכבלים לתעבורת רשת מנתבים נתונים ממחשבים למתגי רשת ומשם לנתבים. תעבורת טלקומוניקציה עוברת ממגדלי סלולר או תיבות כבלים למרכזי נתונים. כל אחד מהם ידרוש סוגים שונים של כבלים.

גם למרחקים יש משמעות - הכבלים יכולים לעבור למרחק קצר מאוד, בתוך אותו מדף שרת, או בין ארונות או חדרים שונים באותו בניין. ועדיין, כבלים אחרים צריכים להיות לרוחב קמפוס שלם ולאורך קילומטרים.

עם השנים, החלטות כבלים הפכו חשובות יותר ויותר בשל התפתחות כוללת אחת: הצמיחה המהירה של מרכזי נתונים.

עלייתם של מרכזי נתונים

מהפכת ה-AI‏ פועלת על מרכזי נתונים במהירות גבוהה, המשמשים כעמוד השדרה של המחשוב עבור יישומים. עם הגידול העצום של AI‏, ניכר גידול נלווה בביקוש למרכזי נתונים. ארה"ב לבדה תרשום עלייה של 10% בביקוש למרכזי נתונים, לפחות עד 2030, לפי מקינזי. בנוסף, בעיקר בשל הביקוש הגובר לשרתי AI‏, הוצאות הרכישה במרכזי נתונים צמחו בכמעט 50% ברבעון השני של 2024 לבדו, על פי דו"ח של Dell’Oro Group‏.

כדי לענות על התיאבון שאינו יודע שובע עבור מחשוב מהיר, גידול במספר מרכזי הנתונים לבדו כבר אינו מספיק. הלחץ מופעל גם עבור תפוקה גבוהה יותר, מהירה יותר וטובה יותר משרתים בעלי ביצועים גבוהים, הן בנשיאת המידע בתוך מרכזי הנתונים והן ביניהם על פני חיבורים. בעוד שרשתות G‏ 100‏ היו בעבר סטנדרט הזהב, פריסות של G‏ 400‏ הופכות כעת לשגרתיות יותר, כאשר ה-IIoT, מחשוב הענן ו-AI מדרבנים את אימוצו. התפתחות אחרת של מרכזי נתונים שיש לנטר היא התובענות עבור צריכת אנרגיה מופחתת. המשמעות היא שמהירות העברת הנתונים צריכה לעלות ולהיות יותר יעילה אנרגטית.

מה המשמעות של צורך זה של מחשוב גדול יותר, טוב יותר, מהיר יותר וחסכוני יותר באנרגיה עבור הכבלים של מרכזי הנתונים? באופן הבסיסי ביותר, כבלים צריכים להעביר נתונים במהירות, עם שיהוי (Latency‏) קצר, ולעשות זאת מבלי לאבד מנות נתונים או לזלול יותר מדי הספק. הכבל גם צריך לעשות את העבודה הזו מבלי לייצר יותר מדי חום, שכן קירור גם כן דורש אנרגיה.

בעוד שבמרכז נתונים יש עשרות על עשרות סוגי ציוד, כולל רשתות, קירור, אחסון ומערכות הספקת-כוח, למטרות מאמר זה, ההתמקדות תהיה בכבלים עבור רכיבי החומרה של ארונות מרכז נתונים טיפוסיים. אלה עשויים לכלול מתגים, הפועלים כמו בקר תעבורה, ומקמ"שים, הממירים את הנתונים ממערכת אחת לאחרת.

כבלים עבור מרכזי הנתונים של היום

שלושה סוגים של כבלים משמשים בדרך כלל לתקשורת בנפח גבוה, כגון קיבולת של Gbps‏ 10‏, או המודרנית ביותר, Gbps‏ 400‏. חיבור אינטרנט ביתי טיפוסי הוא פחות מ-Gbps‏ 1‏.

כבל CAT6: נפוץ ברשתות מחשבים להעברת חבילות (Frames‏) Ethernet, כבל CAT6 משתמש במחברי RJ45. כדי להתחבר לציוד מיתוג, הוא משתמש במקמ"ש RJ45 כדי להמיר מהמתג לאותות תואמי-RJ45 וחוזר חלילה בקצה השני. השיהוי (Latency‏) שלו הוא בערך ns‏ 2.6‏, ואורכו יכול להגיע עד 100‏ מטר. המקמ"ש מוסיף צריכת הספק של W‏ 4‏ בערך.

סיבים אופטיים: נפוצים בתקשורת וידאו ואודיו, סיבים אופטיים משמשים גם ברשתות ובנתונים. הם משתמשים במחברים אופטיים וזקוקים למקמ"ש כדי להמיר חשמל לאור ואז חזרה לחשמל. לאחר ההמרה לאור, השיהוי של הסיב האופטי הוא בערך ns‏ 0.1‏, ואורך הכבל יכול להגיע למאות מטרים. עם זאת, סיבים אופטיים הם מאד רגישים מאחר והם מכילים זכוכית או פלסטיק שאינם אוהבים כיפופים, ואם הקצה קולט כתם אבק, הקיבולת יורדת. כמו כן, הם יקרים, במיוחד כאשר מוסיפים את המקמ"ש האופטי, המגדיל את צריכת ההספק בכ-W‏ 4‏.

נחושת בחיבור-ישיר (DAC‏): ה-DAC‏ הוא אפשרות הכבלים הפשוטה ביותר והסלחנית ביותר. עשוי עם מוליכי נחושת, הוא המתאים ביותר עבור יישומים למרחקים קצרים - כמו רכיבים בתוך אותו ארון. ה-DAC הוא זול וגמיש וניתן להשתמש בו ללא מקמ"שים כאשר מחברים ציוד תואם, אך הוא טוב רק למטרים ספורים. כמו כן, אין להפעיל את ה-DAC קרוב מדי לספקי כוח, סוללות גדולות או מגנטים מכיוון שהוא עלול לסבול מהפרעות.

DACs מגיעים בסוגים פסיביים ואקטיביים. ל-DAC הפסיבי אין מקמ"שים, ומכיוון שהשידור הוא פסיבי, הוא מעביר את האות המקורי כפי שהוא. היעדר מקמ"שים עוזר לשמור על צריכת ההספק במינימום.

ל-DAC אקטיבי יש מקמ"שים מובנים שגם מפצים על אובדן אות פוטנציאלי, והופכים אותו להימור בטוח יותר עבור יישומים למרחקים ארוכים במרכז נתונים. התוספת של אלמנטים אלקטרוניים כמו מקמ"שים מגדילה את צריכת ההספק של ה-DAC האקטיבי במעט, בדרך כלל בערך W‏ 1‏.

היתרונות של DAC עבור מרכזי נתונים

במרכז נתונים, השיהוי (Latency‏) - הזמן שלוקח לנתונים לעבור ממקור אחד לאחר - צריך להיות קצר ככל האפשר. יישומים קריטיים-בזמן רבים, כמו רובוטים ניידים אוטונומיים (AMRs) במחסנים או מסחר יומי בפיננסים, כולם פועלים לפי החלטות של שבריר שנייה. היתרון המשמעותי ביותר של ה-DAC הוא שיש לו זמן שיהוי כה קצר. מאפיין קריטי זה של ה-DAC‏ הוא תוצאה ישירה של הפשטות שלו. אין לו רכיבים מתווכים מורכבים שהנתונים חייבים לעבור דרכם, ולכן בתכנים הם פחות מורכבים וקלים יותר לתחזוקה.

ה-DAC הוא גם אפשרות כבלים בעלות סבירה, וה-DAC הפסיבי, במיוחד, צורך מעט מאוד הספק. המגבלה הגדולה ביותר היא האורך שעליו יכולים הכבלים הללו לפעול ללא פגיעה גדולה מדי באות, בדרך כלל בסביבות כמה מטרים. לא היעיל ביותר להעברת נתונים למרחקים ארוכים, ה-DAC מתאים ביותר לחיבורים לטווח קצר בתוך אותו ארון או בין ארונות. היכולת שלו להתכופף הופכת אותו להתאמה טובה במיוחד עבור חיבורים צפופים שצריכים לעבור בין זה לזה ומסביב לפינות צרות.

מכללי כבלי DAC‏ QSFP-DD‏ 9V4‏ סדרת G‏ 400‏ של 3M‏ (איור 1‏) משתמשים בטכנולוגיית כבלים Twin Axial‏ של 3M‏ ליצירת פתרון גמיש, ניתן לקיפול ועם ביצועים עיליים. ראוי לציון במיוחד הוא גורם-הצורה ה-QSFP-DD‏ (Quad Small Form-Factor Pluggable DoubleDensity), תקן חומרה המאפשר חיבורים מהירים יותר. SFP פירושו שהכבל הוא בעל צורה וגודל סטנדרטיים המתחברים לציוד רשת; ה-"quad" מציין את ארבעת ערוצי הנתונים שהכבל יכול לתמוך בהם; וצפיפות כפולה מאפשרת זרימה כפולה של נתונים דרך מחבר באותו גודל פיזי.

איור 1‏: מכללי הכבלים DAC‏ QSFP-DD‏ G‏ 400‏ סדרת 9V4‏ של 3M‏ הם רבי-ערך במיוחד הודות לחיבורים עם שיהוי קצר בתוך אותו ארון או בין ארונות במרכזי נתונים. (מקור התמונה: 3M‏)

התוצאה נטו היא שכבלי DAC כמו ה-QSFP-DD‏ G‏ 400‏ סדרת 9V4‏ של 3M‏ הם הטובים-בסוגם עבור רוחבי-פס של עד Gbps‏ 400‏ לחיבור שרתים, מתגים, אחסון וציוד במהירות גבוהה אחר.

שיקולי תכנון כבלים עבור DAC במרכזי נתונים

בהינתן שה-DAC הפסיבי הוא הדרך החסכונית ביותר עם זמן שיהוי קצר עבור מרכזי נתונים, כדאי לשים לב כיצד הוא משתלב בארונות התשתית של מרכזי נתונים.

כמה גורמים עיקריים שיש להביא בחשבון כוללים:

• תאימות עם חומרה: בהתחשב בכך שהכבלים צריכים להתחבר עם מקמ"שים, מתגים, נתבים ועוד, חשוב לוודא שהציוד שנבחר תואם למערכות קיימות ויהיה ניתן להתאמה באיטרציות עתידיות. ה-QSFP-DD‏ G‏ 400‏ סדרת 9V4‏ של 3M‏ תואם עם מרבית הציוד של היום. במקרה שמרכזי נתונים צריכים לפצל יציאה בעלת קיבולת גבוהה למספר חיבורים בעלי קיבולת נמוכה יותר (כמו ארבעה חיבורים שלGbps‏ 100‏ או שמונה חיבורים של Gbps‏ 50‏ מחיבור אחד של Gbps‏ 400‏), הסדרה גם מגיעה עם מכללי כבלי פילוג (Breakout‏).
• שימור אותות נתונים: התכנון עבור DAC חייב לקחת בחשבון שהכבלים רגישים במיוחד להפרעות אלקטרומגנטיות (EMI), במיוחד מפני כבלי כוח. לכן יש להפריד בבירור את כבלי הנתונים של ה-DAC מקווי הספקת-הכוח.
• גישה קלה לתחזוקה: מיקום הכבלים אמור להקל על גישה נוחה עבור טכנאי התחזוקה. כבלים עיליים, שבהם ה-DAC יתפצל מגג החדר, נחשבים בדרך כלל לאופציה טובה יותר לגישה מכיוון שהכבל אינו צריך להיות ארוך מדי או מעוות מדי עבור החיבורים.
• אוורור וקירור יעילים: ריכוזי ציוד טכני פולטים חום רב, ותוכניות האוורור חייבות להילקח בחשבון בניהול כבלי DAC. זה עשוי להשפיע על צפיפות הציוד ודרישות הכבלים הקשורות.
• מדרגיות: ריכוזי ציוד טכני משתנים, וכבלי DAC חייבים להיות מסוגלים להסתגל לשינויים כאלה. קיבוץ, איגוד ותיוג כבלים יעילים עוזרים לטכנאים לנהל רכיבים שלמים ביחד וחוסכים את הצורך במיון של כל אחד בנפרד.

סיכום

ככל שהמחשוב מתפתח כדי לפנות מקום ל-AI קצה ומופיעים יותר וירטואליזציה וסביבות היפר-מתכנסות, ניתן לצפות שגם הצרכים של ציוד החומרה הקשור ישתנו.

בעתיד, סביר להניח שיהיה יותר שימוש בחומרת למידת מכונה, מרכזי נתוני-קצה ותשתיות מבוזרות. חומרה עם מאפייני אבטחה וקיימות מתקדמים גם היא לא רחוקה. לאורך כל זה, ה-DAC ימשיך כנראה להיות הכבל המועדף, במיוחד בחיבורים קצרים בארונות ציוד טכני. את השיהוי (Latency‏) הקצר שלו והעלויות הכוללות הנמוכות לא ניתן לנצח. כתוצאה מכך, ה-DAC ימשיך לשמש במרכזי נתונים ומעבר להם.