Tinklo perjungimo srityje yra įvairių ryšio sprendimų, įskaitant optinius siųstuvus-imtuvus, suporuotus su šviesolaidiniais kabeliais, aktyviuosius optinius kabelius (AOC) ir tiesioginio prijungimo kabelius (DAC). DAC gali būti toliau skirstomi į aktyvius varinius kabelius (ACC), aktyvius elektros kabelius (AEC) ir pasyviuosius DAC. Bet kas iš tikrųjų yra šie sprendimai ir kuo jie skiriasi?
Šiame straipsnyje bus nagrinėjami jų apibrėžimai, pranašumai, taikymo scenarijai ir skirtumai. Mūsų tikslas – padėti jums pasirinkti tinkamiausią ir ekonomiškiausią tinklo architektūros-sujungimo schemą-ypač didelio-tankio AI klasteriuose ir GPU aplinkose, kuriose dažnai diegiami AOC, DAC, ACC ir AEC sprendimai.
Greito fotografavimo apžvalga:
Pasyvus DAC:Ekonomiškiausia-, mažiausios-delsos parinktis, standartinė trumpoms vidinio-stelažo nuorodoms iki 3 metrų.
ACC (aktyvus varinis kabelis):Naudoja analoginį „Redriver“ lustą švelniam signalo sustiprinimui, išplečiant vario pasiekiamumą iki 4 metrų.
AEC (aktyvus elektros kabelis):Naudoja skaitmeninį Retimer lustą su CDR, pratęsiantį plonus varinius kabelius iki 7 metrų su dideliu signalo vientisumu.
AOC (aktyvus optinis kabelis):Naudoja kelių{0}}režimų optinį skaidulą, kad būtų galima pasiekti didesnį atstumą (iki 100 m) ir visiškai apsaugoti nuo elektromagnetinių trukdžių (EMI).
1. Aktyvaus optinio kabelio (AOC) apžvalga
AnAktyvus optinis kabelis (AOC)Abiejuose galuose integruoti elektro-optiniai keitikliai su fiksuoto ilgio optiniu skaidulu, leidžiančiu perduoti didelius-atstumus, didelės{2} spartos ir mažos{3}}galios duomenis. Integruodami optinį siųstuvą-imtuvą ir optinį skaidulą į vieningą struktūrą, AOC pagerina signalo kokybę ir patikimumą, tuo pačiu efektyviai įveikiant perdavimo atstumo apribojimus ir signalo slopinimą, įprastą tradiciniuose variniuose kabeliuose.
Kiekviename AOC yra du integruoti optiniai siųstuvai-imtuvai, sujungti per optinį skaidulą. Kadangi gamybos metu vidiniai lazerio komponentai yra visiškai uždengti modulio korpuso viduje, optinio prievado užteršimo rizika diegimo metu yra sumažinta, o tai pagerina bendrą patikimumą. Be to, AOC pasiekia optimalų kainos ir našumo pusiausvyrą supaprastindami optinius komponentus ir praleidžiant skaitmeninės diagnostikos stebėjimo (DDM) funkcijas.
Pagrindiniai AOC privalumai
AOC suteikia didelių pranašumų, įskaitant didelį perdavimo spartą, ilgo{0}}atstumo pasiekiamumą, mažas energijos sąnaudas ir lengvą,-lengvai-įdiegtą formą. Dėl to jie yra idealus pasirinkimas duomenų centrams ir didelio našumo{4}}kompiuterijos (HPC) aplinkoms. Palyginti su stambiomis vario-technologijomis, AOC užtikrina didelio-tankio ryšį erdvės-apribotoje aplinkoje, o jiems būdingas atsparumas elektromagnetiniams trukdžiams (EMI) padeda sumažinti paketų praradimą ir padidinti perdavimo patikimumą. Todėl AOC ypač gerai{10}}tinka kryžminio{11}}stelažo sujungimo scenarijuose duomenų centrų grupėse.
Taikymo pavyzdys:Tinklo architektūra, naudojanti „Cisco Nexus 3432D-S“ jungiklius, skirtus „Spine“ ir „Leaf“ sluoksniams, kur 400G AOC ir 400G-į 4x100G pertraukos AOC yra naudojami įrenginių sujungimui.
Taikymo pavyzdys:400 G QSFP-DD aktyvaus optinio kabelio (AOC) taikymas 400 G jungiklio sujungime
AOC praktiniai inžineriniai iššūkiai
Nepaisant reikšmingų pranašumų, AOC suteikia tam tikrų operatyvinių{0}}kompromisų. Pirma, nors jų integruota konstrukcija nereikalauja prievadų valymo, tačiau tai susiję su techninės priežiūros apribojimu: sugedus vienam siųstuvo-imtuvo moduliui, reikia pakeisti visą kabelio mazgą, todėl jis yra mažiau patogus nei standartiniai prijungiamieji siųstuvų-imtuvų{2}}ir -pluošto sprendimai. Antra, AOC perdavimo ilgis turi būti iš anksto nustatytas prieš išsiunčiant gamykloje, nesuteikiant lankstumo koreguoti po pristatymo.
Be to, dėl optinio signalo perdavimo ir konvertavimo dizaino sudėtingumo AOC paprastai yra brangesni ir sunaudoja daugiau energijos nei DAC. Šiuo metu, 2026 m. rinkoje, fizinės pačios OSFP jungties savybės-yra gana didelės ir sunkios-, todėl ji gali būti pažeista intensyviai traukiant. Todėl šis formos veiksnys nėra toks idealus AOC gamybai, todėl 800G OSFP-į-OSFP arba Breakout 800G OSFP AOC produktai šiandien retai matomi iš pardavėjų arba komercinėje rinkoje.
2. Tiesioginio prijungimo kabelis(DAC) Apžvalga
A Tiesioginio prijungimo kabelis (DAC)yra didelės spartos DAC su fiksuotomis elektros jungtimis abiejuose galuose įgalina žemą-delsą ir didelio{4}}našumo duomenų perdavimą. Dėl didelio ekonomiškumo{6}}efektyvumo ir patikimumo DAC yra standartiniai sujungimo scenarijai 7 metrų atstumu.
Šie kabeliai skirstomi į pasyvius ir aktyvius tipus. Norėdami išstumti varį per fizines ribas esant didesniam duomenų perdavimo greičiui,Aktyvieji variniai kabeliai (ACC)irAktyvieji elektros kabeliai (AEC)įtraukti signalo kondicionavimo lustus, kad dar labiau pagerintų signalo vientisumą.
Kadangi pasyvūs DAC neintegruoja elektro{0}}optinių konvertavimo modulių viduje, jie suteikia didelį išlaidų pranašumą. Jų galuose naudojamos paprastos mechaninės elektrinės jungtys, kurios užtikrina greitą-perdavimą ir griežtai kontroliuojamos išlaidos. Duomenų centruose DAC dažniausiai naudojami serverio-į-Saugyklos tinklo (SAN) ryšiams, taip pat trumpo-atstumo perjungimui-į-maršrutizatorių.
Realus-Pasaulio atvejo tyrimas: HGX H100 klasterio dizainas
Inžinerinis įvertinimas:Planuojant 128{2}}mazgų HGX H100 klasterio architektūrinį planą, vertinimai parodė, kad naudojant pasyvių varinių DAC derinį lokalizuotoms nuorodoms ir vieno-modžių optinių siųstuvų-imtuvų derinį ilgesniam pasiekiamumui-, o ne vienodai kelių{5}}režimų įsigijimo siųstuvų-imtuvų konfigūracija.maždaug 35 proc..
2.1. DAC privalumai didelėse{1}}masto GPU grupėse
Didelis{0}}greitasis našumas:DAC palaiko duomenų perdavimo spartą iki dešimčių Gbps vienoje juostoje, užtikrina didelį dažnių juostos plotį ir greitą duomenų mainą nedideliais atstumais, pralenkdami tradicinius senus varinius sprendimus.
Kaina{0}}Efektyvumas:Palyginti su optinių siųstuvų-imtuvų sprendimais, DAC yra daug ekonomiškesni, todėl jie yra idealus pasirinkimas trumpo{0}}atstumo, didelės{1}}sujungimui.
Mažas energijos suvartojimas:DAC veikia žemesnėje temperatūroje ir sunaudoja daug mažiau energijos nei alternatyvūs optiniai įrenginiai, todėl jie atitinka duomenų centro energijos{0}}efektyvumo iniciatyvas. Pavyzdžiui, Quantum{5}}2 InfiniBand jungiklis sunaudoja 747 W, kai naudojamas DAC, o tas pats jungiklis sunaudoja iki 1500 W, kai sukonfigūruotas su kelių režimų optiniais siųstuvais-imtuvais.
Efektyvus šilumos išsklaidymas ir stabilumas:Fizinė vario konstrukcija užtikrina puikų šilumos išsklaidymą, sumažina perkaitimo riziką ir pagerina sistemos stabilumą. DAC yra tvirtesni ir patvaresni nei optiniai siųstuvai-imtuvai, todėl efektyviai sumažinamos su šviesolaidžiu susijusios problemos, pvz., signalo virpėjimas, delsos šuoliai ir struktūriniai gedimai. Kadangi jie perduoda elektrinius signalus tiesiogiai be konversijos papildomų išlaidų, jie suteikia kritinę vertę didelės-masto GPU grupėse, kurioms reikalinga maža delsa ir mažas gedimų dažnis.
Diegimo ir priežiūros privalumai:DAC pašalina sudėtingos šviesolaidinės infrastruktūros poreikį, supaprastina diegimo procesą ir sumažina kabelių išlaidas. Jų ilgaamžiškumas ir prijungimo -ir-paprastumas dar labiau sumažina priežiūros sudėtingumą didelio-tankio aplinkoje, taip padidinant bendrą tinklo stabilumą. Todėl jie vis dažniau naudojami didelės- GPU grupėse kaip gyvybiškai svarbus sprendimas norint padidinti našumą išlaikant sąnaudų efektyvumą.
2.2. DAC trūkumai
Ribotas perdavimo atstumas:Apribotas fizinių vario savybių aukštais dažniais, efektyvus pasyviųjų DAC perdavimo atstumas yra trumpas (paprastai neviršija 7 metrų ir ribojasi iki 2–3 metrų esant 800 G), todėl jie negali patenkinti tolimojo{4}}jungimo poreikių.
Lankstumo trūkumas:Palyginti su šviesolaidiniais kabeliais, didelės spartos{0}}DAC yra storesni, standesni ir turi didesnį lenkimo spindulį, todėl kabelių valdymas yra labai sudėtingas tankioje, tiksliai nutiestoje duomenų centro aplinkoje, o tai gali turėti įtakos oro srauto organizavimui.
Jautrumas EMI:Kadangi DAC perduodami naudojant varinius laidininkus, DAC yra labiau pažeidžiami elektromagnetinių trukdžių (EMI) ir skersinio pokalbio didelio{0}}tankio aplinkoje, perpildytoje elektroninės įrangos, o tai gali sumažinti signalo stabilumą ir duomenų vientisumą.
Siekiant įveikti šiuos pasyviųjų DAC apribojimus, atsirado aktyvaus vario kabelio (ACC) ir aktyvaus elektros kabelio (AEC) technologijos, kurios išsamiai aprašytos tolesniuose skyriuose.
2.3. Skirtumai tarp AOC ir DAC
AOC ir DAC turi tuos pačius formos veiksnius ir elektrines sąsajas savo galuose,{0}}pvz., SFP, QSFP ir OSFP standartai-, užtikrinantys sklandų suderinamumą su sistemos komponentais, pvz., jungikliais ir tinklo sąsajos kortelėmis (NIC).
Tačiau pažvelgus į jungties vidų, matomos dvi visiškai skirtingos architektūros. AOC į modulį integruoja elektro-optinės konversijos lustus, įskaitant laikrodžio ir duomenų atkūrimo (CDR) įrenginius, signalo atkūrimo retimers arba pavarų dėžės blokus, kartu su lazeriais ir fotodetektoriais (PD), kad moduliuotų elektrinius signalus į optinius signalus, skirtus perduoti.
Priešingai, DAC yra pasyvi varinė terpė, sudaryta iš didelės spartos{0}}diferencialinių bendraašių kabelių (dviašių / dviašių kabelių), prilituotų tiesiai prie modulio jungčių. Jis užtikrina tiesioginį elektros signalo perdavimą iš galo-į-per ekranavimo sluoksnius ir išorinius apvalkalus, visiškai apeinant bet kokius signalo konvertavimo procesus.
3. Aktyvių varinių kabelių analizė: ACC vs AEC
Pasyvūs tiesioginio prijungimo kabeliai (pasyvieji DAC) jau seniai buvo labai svarbūs duomenų centruose dėl mažo energijos suvartojimo ir ekonomiškumo-efektyvumo-, net kai greitis siekia 800 G. Tačiau didėjant duomenų perdavimo spartai, efektyvus pasyvaus vario perdavimo atstumas sumažėjo ir šiuo metu ribojamas iki maždaug 3 metrų, esant 800 G. Kanalų skaičiaus didėjimo nuo 4 juostų iki 8 juostų tendencija taip pat lėmė storesnį kabelių skersmenį, apsunkinantį kabelių valdymą ir oro srautą serverių spintose.
Nors AOC rekomenduojami ilgo{0}}pasiekimo scenarijuose, dėl didelio energijos suvartojimo ir kainos jie nėra idealūs vidutinio-nuorodoms. Tai paskatino plėtrąAktyvieji variniai kabeliai (ACC)irAktyvieji elektros kabeliai (AEC), teikiantis labiau subalansuotą sprendimą perduoti vidutiniu{0}}atstumu.
3.1. Techninės architektūros skirtumai: AEC vs ACC
Funkcinis skirtumas tarp AEC ir ACC priklauso nuo to, ar jie naudoja analoginę ar skaitmeninę mikroschemų rinkinio architektūrą jungties korpuse:
Aktyvieji variniai kabeliai (ACC):ACC naudoja aRedriverlusto architektūra. Jie gerina signalą priėmimo gale, naudodami nuolatinio{1}}laikinio tiesinio išlyginimo (CTLE) technologiją. Iš esmės ACC veikia kaip analoginis signalo stiprintuvas.
Aktyvieji elektros kabeliai (AEC):AEC diegia sudėtingesnį skaitmeninįLaikmatislusto architektūra. Jie atlieka signalo stiprinimą ir išlyginimą tiek perdavimo, tiek priėmimo galuose. Integruodami laikrodžio ir duomenų atkūrimo (CDR) technologiją, kad visiškai sumažintų signalo virpėjimą, AEC užtikrina puikų signalo vientisumą ir daug švaresnę duomenų perdavimo kokybę.
Nors tiek AEC, tiek ACC priklauso aktyviųjų varinių kabelių šeimai, jų galimybės skiriasi. Nors ACC daugiausia dėmesio skiria analoginio signalo stiprinimui, AEC derina stiprinimą su CDR technologija, kad efektyviai slopintų signalo virpesius. Palaikomi retimer lustai ir Forward Error Correction (FEC) palaikymas, AEC pasiekia ilgesnius ir labai patikimus perdavimo atstumus (iki 5–7 metrų), todėl yra tinkami labai sudėtingoms programoms.
Be to, skirtingai nuo tradicinių varinių kabelių, kurie kenčia nuo didelio radijo dažnio (RF) praradimo dėl odos efekto, AEC naudoja aukšto{0}}dažnio nešlio technologiją, kad sumažintų perdavimo nuostolius. Tai leidžia AEC naudoti daug plonesnius vario vielos matuoklius nei pasyvieji DAC (pvz., naudojant 32AWG vietoj didelių gabaritų 26AWG), todėl kabelių pluoštas yra beveik toks pat plonas ir lengvas kaip AOC. Tai žymiai supaprastina stovo kabelių valdymą ir optimizuoja šiluminį oro srautą.
Pagrindinis kompromisas- yra galia: nors pasyviems DAC reikia 0 W, AEC naudoja nedidelį energijos biudžetą (
≈ 6 W - 12W iš viso vienam kabelio rinkiniui). Tuo tarpu pasyvieji DAC išlieka labai naudingi trumpo-atstumo ryšiams (2–3 metrai), nes jie yra pigesni ir nereikalauja jokios galios, todėl jie idealiai tinka maitinimui jautrioje aplinkoje.
3.2. Techninių parametrų palyginimo matrica
Šioje lentelėje pateikiami visų keturių didelės spartos{0}}sujungimo variantų pagrindiniai našumo, fiziniai ir finansiniai rodikliai:
| Techninis parametras | Pasyvus DAC | ACC (aktyvus varis) | AEC (aktyvioji elektrinė) | AOC (Active Optical) |
| Transmisijos terpė | Varis (Twinaxial) | Varis (Twinaxial) | Varis (Twinaxial) | Kelių{0}}režimų optinis pluoštas |
| Vidinis silicis | Nėra (pasyvus) | Redriver (analoginis EQ) | Laikmatis (su CDR) | Electro{0}}optiniai varikliai ir CDR |
| Signalo apdorojimo režimas | Vietinis leidimas- | Analoginės bangos formos stiprinimas | Skaitmeninis pertvarkymas ir{0}}perkūrimas | Electro{0}}optinis moduliavimas |
| Maksimalus pasiekiamumas (800 G era) | ≈ 2M - 3M | ≈ 3M - 4M | ≈ 5M - 7M | ≈ 30M - 100M |
| Fizinis matuoklis / svoris | Storas, kietas ir sunkus | Vidutinio storio/svorio | Itin-plonas ir lengvas | Ploniausias ir lengviausias pėdsakas |
| Energijos suvartojimas | 0W | Žemas (≈<2W per end) | Vidutinis (iš viso ≈ 6 W - 12W) | Didelis (≈ 2 W - 4.5W viename gale) |
| EMI atsparumas | Atsparus perkalbėjimui | Pažeidžiamas aukšto{0}}dažnio EMI | Didelis atsparumas (per laikmatį) | Visiškas imunitetas |
| Santykinis išlaidų biudžetas | Mažiausias (1×) | Žemas-Vidutinis (≈ 1,5 × - 2 ×) | Subalansuotas (≈ 2,5 × - 3.5 ×) | Premium (≈ 4 × - 5 ×) |
| Pirminis AI tinklo lizdas | Vidinis-stelažo serveris-į-ToR | Didelio{0}}tankio gretimos stelažai | Inter{0}}rack jungiklių audiniai | Cross-POD, Spine-į-Leaf backend |
4. AI duomenų centro kabelių DUK
Kodėl vidinės{0}}stelažo GPU sąrankos metu pirmenybė teikiama pasyviajam DAC, o ne AOC?
Pasyvieji DAC pirmenybę teikia serverio{0}}to-ToR jungtims viename stove dėl beveik-nulinės delsos, absoliučiai mažiausios kainos ir nulinio energijos suvartojimo. Didžiulėse klasteriuose, kur tinklo infrastruktūra gali sunaudoti iki 30 % visos klasterio energijos, sutaupius 5–10 W vienam kabeliui per tūkstančius mazgų, drastiškai sumažėja veiklos sąnaudos (OPEX) ir aušinimo išlaidos.
Kuo AEC yra geresnė alternatyva nei ACC 800G AI tinklams?
Esant 800 G greičiui, vario signalo slopinimas yra per stiprus, kad pagrindiniai analoginiai tvarkyklės (ACC) galėtų švariai pataisyti. AEC, naudodami savo skaitmeninius laikmačio lustus ir laikrodžio ir duomenų atkūrimo (CDR) technologiją, visiškai atkuria skaitmeninį signalą ir pašalina virpesį. Tai leidžia AEC pasiekti didesnį pasiekiamumą (iki 7 m) ir naudoti itin plonus vielos profilius, būtinus šiuolaikiniams didelio tankio jungikliams.
Ar galiu maišyti OSFP ir QSFP{0}}DD formos faktorius naudodamas šiuos laidus?
Taip. Tiek DAC, tiek aktyvieji kabeliai (AEC / ACC) gali būti gaminami kaip hibridiniai arba atskirti rinkiniai (pvz., 800G dvigubas-prievadas OSFP į 2x 400G QSFP-DD). Šis modulinis lankstumas plačiai naudojamas jungiant modernius 800G AI audinio jungiklius prie senų 400G SmartNIC arba spartinimo serverių.
5. Išvada
Nė vienas sujungimo sprendimas nėra taikomas visiems diegimo scenarijams. Šiuolaikiniai AI duomenų centrai-ypač didelės-GPU klasterių tinklo architektūros-paprastai remiasi mišriu šių keturių technologijų diegimu:
DAC, ACC ir AECveikia kaip pagrindinės jungtys, skirtos horizontaliam mastelio keitimui, naudojamos didelės-greitos, ekonomiškai-efektyviam trumpo-–-vidutinio- nuotolio sujungimui atskiruose skaičiavimo stovuose ir tarp gretimų eilučių.
AOC (ir prijungiama optika)sudaro pagrindines vertikalias tinklo grandis, atsakingas už atskirų klasterių POD, didelės spartos{0}}saugojimo užpakalines plokštes arba maršruto nukreipimą per skirtingus įrenginio aukštus.
Suprasdami jų pagrindinius techninius principus, privalumus ir trūkumus bei sąnaudų struktūras, tinklo architektai gali kurti labai optimizuotus, subalansuotus sujungimo tinklus, pritaikytus konkrečiam atstumui, pralaidumui, šiluminiams ir biudžeto reikalavimams.
