Collegamenti I/O via cavo ad alta velocità

CONNESSIONE –

La crescente domanda di larghezza di banda rappresenta una nuova e importante sfida per tutto il settore, e coinvolge in modo importante i fornitori di connettori e di cavi assemblati.

L'inarrestabile richiesta di maggiore larghezza di banda da dedicare alle comunicazioni per il networking degli ambienti di produzione rappresenta una vera sfida per le tecnologie di interconnessione, come Ethernet, Infiniband, Fibre Channel e Serial-Attached Scsi. Le previsioni per il prossimo futuro indicano che il traffico IP continuerà ad aumentare in seguito alla crescente e inarrestabile richiesta da parte degli utenti di contenuti video che spaziano dalle clip su siti come YouTube, ai filmati Internet in tempo reale, fino ai filmati delle telecamere di sicurezza, o i download di video di intrattenimento da provider di servizi. Nonostante gli effetti della crisi economica, dal 2008 al 2013 il traffico globale quintuplicherà, con un tasso di crescita complessiva pari al 40% annuo. Per soddisfare tale domanda, alcuni provider di servizi Internet e ambienti di produzione hanno oggi la necessità di connettere decine di migliaia di server. Inoltre, le sempre più complesse applicazioni di elaborazione utilizzate in ambito finanziario, tecnico e scientifico richiedono supercomputer più potenti e cluster più grandi per prestazioni elevate. L'installazione di computer di calcolo di livello superiore, quali ad esempio il Cry "Jaguar" in dotazione presso l'Oak Ridge National Laboratory, l'Ibm “Roadrunner” dei Los Alamos National Labs e il Sun “Ranger” nel Texas Advanced Computing Center, può richiedere l'utilizzo di oltre mille cavi, per un totale di diversi chilometri di lunghezza, al fine di realizzare tutte le necessarie connessioni di server, switch e storage. I progressi nel campo dell'elaborazione multicore, della virtualizzazione e del consolidamento, nonché la maggiore velocità del bus host, le prestazioni di memoria ottimizzate e la capacità di archiviazione superiore hanno certamente contribuito ad aumentare la disponibilità di spazio integrabile nella progettazione di sistemi. Tuttavia, queste tecnologie mettono a dura prova la larghezza di banda, il consumo energetico e la gestione termica. I limiti dimensionali, inoltre, sono un fattore che deve essere tenuto in considerazione per le porte I/O ad alta velocità. Poiché non è possibile aumentare le dimensioni dei rack, occorre incrementare il numero delle porte I/O e la larghezza di banda, rendendo necessario nel contempo aumentare la densità di porte sulla line card dello switch oppure l'utilizzo di velocità del segnale più elevate all'interno di una lane.

Soluzioni I/O ad alta velocità
La buona notizia è che i sistemi I/O sviluppati soddisfano molte delle suddette esigenze. Le principali aziende e organizzazioni di settore si sono fatte promotrici dello sviluppo di specifiche per garantire standard comuni, compatibilità e funzionalità di networking in relazione alle connessioni hardware, al signaling e alle comunicazioni software. Organizzazioni quali Optical Internetworking Forum, Infiniband Trade Association, Ieee 802.3 Working Group, INCITS T10, T11 Task Groups e SFF Committee hanno tutte fornito importanti contributi. Attualmente i collegamenti Sfp+ stanno soppiantando i precedenti Sfp, nelle infrastrutture Ethernet come in quelle basate su tecnologia Fibre Channel. Mettendo a confronto i sistemi Sfp+ e Sfp risulta infatti che la prima tipologia occupa lo stesso spazio sulla scheda della seconda offrendo, tuttavia, una larghezza di banda 10 volte superiore con tecnologia Ethernet (10 Gb/s vs. 1 Gb/s) e 2 volte superiore con tecnologia Fibre Channel (8,5 Gb/s vs. 4,25 Gb/s). Il sistema Sfp+ offre inoltre la possibilità di assegnare o configurare liberamente ogni porta di sistema disponibile sia mediante cablaggio in rame che tramite cablaggio in fibra, a seconda dello specifico ambiente di installazione. Ulteriori specifiche del collegamento in parallelo ad alta velocità, nuove e in corso di sviluppo, consentiranno la creazione di porte con una larghezza di banda superiore. Il sistema Qsfp+ utilizza una configurazione di collegamento a 4 x 10 Gb/s per una porta da 40 Gb/s. Analogamente, il sistema CXP fornisce 12 lane che possono essere sviluppate per supportare una larghezza di banda totale della porta da 100 a 120 Gb/s . Attualmente i sistemi Qsfp+ e Cxp sono utilizzati per un Qdr (Quad Data Rate) Infiniband di 4x e 12x per collegamenti di interconnessione e saranno utilizzati per collegamenti Ethernet da 40 Gb/s e 100 Gb/s dall'immissione sul mercato della specifica Ieee 802.3ba alla fine di quest'anno. Un confronto tra la rispettiva densità di larghezza di banda dei tre tipi di porte dimostra che i sistemi Qsfp+ e CXP possono inoltre aumentare la densità di larghezza di banda delle porte I/O nella line card dello switch. Una singola porta Sfp+ funzionante a 10 Gb/s fornisce circa 16 Gb/s di larghezza di banda per pollice, il sistema Qsfp+ offre una prestazione 3 volte superiore con 48 Gb/s per pollice, mentre il sistema Cxp offre un ulteriore miglioramento con una resa di 2,3 volte superiore, arrivando a 113 Gb/s per pollice. L'utilizzo di configurazioni delle porta I/O di tipo ganged, double-stacked o belly-to-belly offre agli analisti programmatori la possibilità di ottenere una densità di larghezza di banda lineare ancora più elevata con alcuni tipi di porte. La porta host Sfp+, Qsfp+ o Cxp può accettare una soluzione di cablaggio passivo in rame per cavi di lunghezza da 5 a 7 metri (o di lunghezza maggiore, in base ai criteri di accettazione), una soluzione con cavo in rame con equalizzazione attiva e componenti attivi per cavi di lunghezza fino a 15 metri (o superiore, in base ai criteri di accettazione) oppure un modulo transceiver ottico plug-in con un connettore ottico nella parte posteriore del modulo per l'utilizzo di cavi assemblati passivi in fibra ottica per consentire l'utilizzo di cavi di lunghezza ancora maggiore. Tale approccio strutturale offre al tecnico dell'installazione e all'utente di sistema una notevole flessibilità nella configurazione del collegamento via cavo per soddisfare le differenti esigenze di installazione. Con l'evoluzione dei sistemi Qsfp+ e Cxp per connessioni Qdr Infiniband in sistemi Hpc (High Performance Computing), si è affermata recentemente una quarta soluzione di cablaggio, nota come Aoc (Active optical cable) o cavo ottico attivo. In una soluzione Aoc, la fibra ottica termina direttamente in un transceiver ottico, che è fissato all'interno del backshell metallico in entrambe le estremità del cavo. Il gruppo elettro-ottico integrato contribuisce ad abbassare i costi grazie alla riduzione dei componenti e offre un'interfaccia elettrica utilizzabile verso l'esterno. Tali soluzioni end-to-end stanno rapidamente prendendo piede per le installazioni Hpc grazie alla riduzione dei costi operativi e di acquisizione, all'eliminazione dell'interoperabilità e di ogni tipo di contaminazione (del connettore ottico come dei sistemi di protezione della vista) nonché grazie alla riduzione dei problemi di pulitura e alla maggiore affidabilità. Secondo una recente previsione il segmento di mercato rappresentato dall'Aoc crescerà con un tasso annuo del 39%, raggiungendo entro il 2013 un totale di 192 milioni di dollari.

Prospettive future
Sebbene il dibattito che coinvolge diverse organizzazioni di settore sia ancora alle prime battute, indicazioni preliminari suggeriscono un possibile aumento delle velocità del canale elettronico. Le tecnologie Ethernet, Fibre Channel e Infiniband sembrano convergere su valori tra 25 e 28 Gb/s per quanto riguarda le future velocità delle lane per le porte I/O ad alta velocità. Benché ci sia ancora molta strada da fare per valutare le funzionalità di connettori e collegamenti a tali velocità prima che fattori e specifiche di forma possano essere definiti, un risultato che può già essere anticipato è rappresentato da ulteriori incrementi nella densità di porte per la larghezza di banda. Ad esempio, un fattore di forma più compatto di tipo Qsfp a 4 x 25 Gb/s potrebbe sostituire la configurazione iniziale a 10 x 10 Gb/s per un collegamento a 100 Gb/s. Si prevede che le interconnessioni ottiche continueranno ad avere sempre maggiore importanza sul piano delle innovazioni e delle soluzioni convenienti poiché le lane in rame da 25 - 28 Gb/s consentono di limitare l'uso di cavi in rame. Alcune previsioni indicano che 2 o 3 metri rappresentano la lunghezza massima per cavi in rame passivi per collegamento diretto. Tale limitazione potrebbe costituire un ulteriore stimolo per l'adozione della fibra ottica nelle banche dati, nella forma di unità Aoc integrate oppure come moduli transceiver individuali e cavi ottici.

Connettori I/O sempre più veloci
FCI offre una vasta gamma di soluzioni I/O standardizzate che garantiscono piena conformità agli standard di settore, come ad esempio Ethernet, SFF, Infiniband, Usb, Serial Ata, Scsi, Pcmcia o Hdmi. Inoltre, è in grado di fornire soluzioni I/O personalizzate, ottimizzate per soddisfare requisiti specifici dell'applicazione, nonché cavi assemblati. Tutti questi connettori I/O differiscono notevolmente per design, funzionalità e utilizzo. Per questo è opportuno, nella ricerca di connettori I/O, tenere in considerazione alcuni criteri quali fattori di forma e standard di settore; idoneità per l'applicazione desiderata; velocità del segnale e requisiti attuali; dispositivi meccanici e di serraggio; costruzione del cavo e prestazioni elettriche. La gamma di connettori I/O di FCI soddisfa questi criteri di progettazione grazie all'esperienza maturata nel settore. Ne risultano soluzioni pronte all'uso a costi e prestazioni ottimali: dalle tecnologie di interconnessione ad alta velocità per networking, archiviazione e memoria, passando per prodotti complementari per la distribuzione dell'alimentazione, fino alle soluzioni I/O comuni a bassa velocità per applicazioni complesse in campo industriale, medico e di strumentazione in genere. È interessante a questo punto chiedersi quali siano gli attuali sviluppi delle soluzioni I/O comuni, ad alta velocità e di alimentazione"

I/O comuni, ancora attuali
Il Dsub rimane una delle più comuni interconnessioni I/O, utilizzata per molte applicazioni. Pertanto FCI continua a creare nuovi prodotti, come le recenti versioni "Pin in paste" per l'elaborazione delle tecnologie Through Hole Reflow. Inoltre, standard di settore quali Usb e Hdmi stanno trovando la loro collocazione al di là delle applicazioni di dati e utente. Infatti, sono perfettamente compatibili con la gamma di jack modulari FCI o con il sistema ad alta affidabilità Latch-N-Lok.

Sempre più veloci
La crescente richiesta di larghezza di banda e di portata della connessione di rete, derivante dalla rapida crescita della tecnologia video IP, del traffico Internet e mobile, rappresenta una sfida per ingegneri e progettisti che rispondono utilizzando soluzioni di cablaggio per garantire allo stesso tempo velocità di trasferimento dati più elevate e una densità I/O maggiore nei sistemi attuali e di nuova generazione. L'offerta principale di FCI, costituita da cavi assemblati ad alta velocità EyeMax, DensiShield e Mini-Multilane, soddisfa i requisiti di connettività Infiniband, 10GBase-CX4 Ethernet e Multilane Sas o Sata in applicazioni server, di archiviazione, telecom ed enterprise. L'esperienza FCI nel campo della progettazione di sistemi di interconnessione ad alta velocità e integrità del segnale fornisce, inoltre, ad ingegneri e progettisti il know-how necessario all'esecuzione continua di connessioni end-to-end ad alta velocità in tutte le applicazioni, indipendentemente dal fatto che sia richiesto uno standard di settore, come ad esempio una connessione SFF-8470 o SFF-8088, oppure un cavo assemblato personalizzato.

Energia al connettore
FCI offre diversi sistemi di connettori I/O di alimentazione, tra cui i più popolari Pwr Profile+, PwrBlade e Pwr TwinBlade. Tali tecnologie di connessione di alimentazione stampati e formati sono estremamente convenienti e affidabili. Pwr Profile+ è la soluzione più compatta disponibile, grazie alle dimensioni ridotte per applicazioni cavo-scheda particolari. PwrBlade, soluzione di segnale e alimentazione, è disponibile nella tipologia squeeze-to-release per applicazioni che richiedono un collegamento attivo e nelle configurazioni a pannello per installazione modulare di sistemi di distribuzione estesa dell'alimentazione. Infine, il sistema di cablaggio Pwr TwinBlade è progettato per supportare applicazioni che richiedono un’elevata potenza di alimentazione (fino a 100 amp per contatto doppio).

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