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從資料通信角度看萬物互聯
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過去十年間,日新月異的資料通訊技術不斷打破地球上速度的極限和空間的約束。如今,我們可以通過微信即時為大洋彼岸的朋友送去一段視頻祝福,也可以直播在海南三亞的浪漫婚禮。在這個萬物互聯的時代,資料通訊技術的突飛猛進,特別是用於存儲、處理、傳輸資料的資料中心,其迅猛發展、不斷反覆運算、也在不斷重新定義人們生活方式。我們不妨作一個有趣的類比,打造一個資料中心就像是設計一座智慧城市。其成功的關鍵在於將新一代資訊技術和物理元件有機相聯,構築簡單、高效、可靠的資料城市基礎。

萬物互聯的當下,固網和移動互聯網通信資料流程量以及資料存儲需求正在以難以置信的速度增長。根據Gartner的統計,截至2020年,物聯網(IoT)連接設備數量有望超過200億。2016思科Cisco's Visual Networking Index預測,全球月均移動資料通信資料流程量將在2015年到2020年之間增長8倍,達到30.6 EB。固網和移動資料流程量不斷增長的需求推動了資料中心的數量和規模增加。如今另一個顯著的趨勢是公有雲服務的興起,這意味著需要佈署多達萬台量級的主機來搭建一個超大規模的資料中心,相比幾百台伺服器組成的普通資料中心,這就要求相關硬體層面的提升與需求相匹配,來應對以下的挑戰。

§ 前瞻變革:資料中心加速反覆運算
傳送速率之於資料中心就像是城市的交通方式變革。不斷湧入的資料流程量促使各大服務商不斷地重新審視資料中心內資料傳輸速度的升級。資料中心設備已將資料傳輸速度從10Gbps提升至25、40、50和100Gbps,隨著對於更高速產品的需求,連接器和電纜元件不斷發展,當下的前沿技術很快就會普及為市場標準,例如,TE的Sliver內部電纜互連系統能夠提供400Gbps到800Gbps高速寬頻互聯解決方案,業已被板載光纖模組聯盟 (COBO) 確認為資料中心新標準,以應對資料傳輸速率不斷提高所帶來的挑戰。與此同時,設計人員也勢必面對更加複雜的信號傳輸路徑設計。在全新的資料中心世界,分散式架構正推動著資料流程量處理方式的創新,各機架、伺服器之間不斷增加的連接量推進了leafandspine架構的應用,這種架構需要更大型的高密度交換機以及大量的內部和外部埠。系統架構師必須謹慎考慮包括尺寸、重量、功耗、成本和性能在內的多個因素,確保做出最佳組合選擇,特別是常常被忽視的線纜,也需要升級以適應硬體性能的提升,從而充分發揮硬體升級帶來的各項提升。

TE Connectivity資料與終端設備事業部亞太區技術應用高級經理徐蘇翔表示:“目前,全球寬頻發展速度呈幾何級增長:從1Gbps過渡到10Gbps約5-10年時間、再發展到25Gbps約2-3年時間、再從25Gbps提升到100Gbps約2年時間。其更新反覆運算的速度是超乎我們想像的,這就需要像TE這樣的電子元器件企業不斷提高我們的創新速度,跟上市場的步伐,更要求我們具有前瞻性的科研能力和市場預判。我預計傳輸速率接下來還將往400Gbps大踏步前進。”

§ 靈活緊湊:增強空間密度
人類居住空間利用率是隨著人口不斷攀升愈發值得重視的一大議題;同樣,工程師在為資料信號設計居住環境時自然也需要考慮到流量急劇攀升趨勢下如何高效利用空間。衡量一個資料中心設計優劣的一個重要指標便是其是否能夠平衡伺服器數量增長帶來的空間密度問題與資料中心高性能擴展之間的矛盾。不妨試想一下,如果在緊湊的主機殼中能夠配置多個獨立的伺服器節點,不僅可以降低其空間佔用,還將擁有靈活的存儲和共用基礎架構,這便要求每一個硬體單體具備更強的密度。

特別是資料中心的背板,為目前不斷湧現的資料中心應用提供了核心支援,背板的性能限制會降低整體系統速度。正因為如此,TE的STRADAWhisper互連系統堪稱革命性設計,能夠在保證信號完整性並節省板內空間的基礎上簡化並改善背板設計,工程師無需耗費高昂的成本重新設計背板或中間背板,即可以實現高效的下一代系統升級,支援當前和未來的性能需求。

§ 革新設計:能耗與散熱優化升級
超大批量伺服器的投入使用以及傳輸速率的提升不可避免地伴隨著電力的加倍消耗以及散熱的要求。因此,電源線纜的配置、綠色節能與電力風險管控成為資料中心運營的一大重要議題,以説明資料信號打造一座安全、節能的宜居“城市”。資料中心的電力和散熱相關問題與速度需求一樣,均決定了系統的設計和實施。在過去十年中,單個機架的功耗(以及因此產生的熱損耗)大幅攀升,導致兩個相互關聯的問題:提供更高電力,解決擁擠主機殼內的電源和有源電子部件的散熱。由於大資料中心以及機架物理結構內(以及每個機架系統內的板連接處)均需要電流,因此需要許多電纜和相關連接器來滿足電源通路設計。而對於單個連接器,即使很小的接觸電阻和壓降(IR損失)都會導致電源效率降低並增加散熱(I2R),因此連接器處的溫升必須保持到適度水準(通常30°C以下)以確保安全和性能。此外,對於支持板件“熱插拔”(即在電源接通時拔出或插入)的連接器不斷增加的需求帶來了進一步的挑戰。如果連接器不具備最佳的接觸材料和特性,將導致供電時序和接觸疲勞問題。

TE最新推出的microQSFP之所以被公認為打造了資料中心和無線通訊應用領域的全新標準,有一大因素便在於該產品相較於傳統標準的QSFP28提升了30%的散熱能力,其革命性設計幾乎將整個面板置於設備的可用氣流中,並顯著提高了連接器和所有其他內部元件的冷卻效率,同時還保證在一個傳統的10G輸入/輸出介面尺寸範圍內,提供100G的傳送速率。

中國特色:天時地利還需人和
相比歐美等其他國家,由於中國人口眾多,在人口密集的地方,高峰時段對服務資源的需求與一般時段之間的差距會非常大。一個最明顯的例子便是每年“雙十一”購物狂歡節,上億買手紛紛急不可耐地出手點擊“確認”買單。通過雲計算的技術,實現資源的集中和共用,滿足特殊時段的超大流量需求,並把空閒時段的資源補充到其他需要的應用上,將會是一個非常有益的變化,更加適合中國的國情。此外,

由於資料中心占地較大,常常建設在地形錯綜複雜、周圍環境嚴苛的區域,這就更加需要硬體的設備能夠經得起各種的挑戰,並能保持高效、安全、可靠的運作。

未來的資料通信:一切皆有可能
未來的資料通信將實現更快的傳輸速率、更強大的資料交換網路、更無縫即時的通訊,讓當初看似異想天開的場景變為一個個真實的應用。

事實上,未來離我們並不遙遠。今年世界移動通訊大會(MWC)上,20多家在行業內頗具影響力的公司同時宣佈,5G新無線電技術將在2019年大規模部署。這意味著兩年之後,普通消費者就能獲得更快的資料傳輸體驗,比之前的預期提早一年。“5G將帶來高速率、低延遲、高容量的優勢,引爆一系列終端和產業的變革,顛覆人們的生活場景,諸如手機應用、虛擬實境、自動駕駛、遠端手術等。”TE Connectivity副總裁、資料與終端設備事業部亞洲區及歐洲區總經理、TE中國事業部聯席委員會主席Jason Merszei在2017MWC現場表示,“簡單來說,未來的資料通信,一切皆有可能,而這些創舉的物理基礎正是來自於我們互聯世界的資料骨幹支柱。”
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