مع انتقال الشبكات الحديثة من سرعة 100 جيجابت إلى 400 جيجابت وحتى 800 جيجابت إيثرنت، يعيد المهندسون تصميم بنى الربط البيني قصيرة المدى داخل الخزائن وبينها. وقد أصبحت كابلات مراكز البيانات عالية السرعة جزءًا أساسيًا من البنية التحتية للشبكة.

قبل عشر سنوات، حلت كابلات النحاس السلبية معظم مشاكل توصيل الخوادم. أما اليوم، ومع تقنية الإشارة PAM4 بسرعة 112 جيجابت في الثانية، تعمل قنوات النحاس بأقصى طاقتها الفيزيائية.

أصبح لدى مهندسي الشبكات الآن أربعة خيارات رئيسية للاتصالات عالية السرعة قصيرة المدى:

• DAC (توصيل مباشر بالنحاس)
• كابل نحاسي نشط مع مُعيد توجيه (ACC)
• كابل كهربائي نشط مزود بمؤقت (AEC)
• كابل الألياف الضوئية النشط (AOC)

تعالج كل تقنية تحديات مختلفة تتعلق بسلامة الإشارة، ومدى وصول الكابلات، وكثافة الرفوف، والتكلفة الإجمالية للملكية.

يشرح هذا الدليل كيفية عمل كابلات مراكز البيانات هذه وكيفية اختيار الحل الأمثل لشبكات مراكز البيانات الحديثة بسرعة 400 جيجابت و800 جيجابت.

ما هي الاختلافات بين DAC و ACC و AEC و AOC؟

يكمن الاختلاف الأساسي بين أنواع الكابلات هذه في كيفية تعاملها مع سلامة الإشارة ومسافة الإرسال.  

بعبارة أبسط:

• يعتمد محول الإشارة الرقمية إلى التناظرية (DAC) كلياً على قناة النحاس.
• يعمل نظام التحكم التلقائي في السرعة (ACC) على تضخيم الإشارة قليلاً.
• تقوم وحدة التحكم التلقائي في التعريض (AEC) بتجديد الإشارة وإعادة ضبط توقيتها.
• تقوم شركة AOC بتحويل الإشارة إلى ضوء.

يعتمد اختيار كابل مركز البيانات المناسب بشكل أساسي على متطلبات الوصول وهامش الإشارة المتاح.

لماذا تجعل شبكات 400G و800G اختيار الكابل أكثر صعوبة

تعتمد شبكات الإيثرنت الحديثة على تعديل PAM4 لتحقيق نطاق ترددي أعلى.

أمثلة:

• إيثرنت 400 جيجابت ← 4 قنوات PAM4 بسرعة 112 جيجابت
• إيثرنت 800 جيجابت ← 8 مسارات بسرعة 112 جيجابت أو 4 مسارات بسرعة 224 جيجابت

تتيح تقنية PAM4 معدل نقل بيانات أعلى بكثير مقارنةً بتقنية NRZ السابقة. ومع ذلك، فإنها تُضيف تحديات جديدة لكابلات 400G وكابلات مراكز البيانات عالية السرعة.

• حساسية أعلى لفقد الإدخال
• رسومات تخطيطية أصغر للعين
• زيادة حساسية الارتعاش
• هوامش إشارة منخفضة

هذه العوامل تجعل جودة الكابلات ومعالجة الإشارات أكثر أهمية بكثير في تصميم كابلات مراكز البيانات الحديثة.

التوصيل المباشر للنحاس (DAC): بسيط وفعال من حيث التكلفة

تُعد كابلات DAC أبسط أنواع كابلات مراكز البيانات عالية السرعة. وهي عبارة عن أسلاك نحاسية سلبية بدون إلكترونيات نشطة.

تعتمد جودة الإشارة كلياً على البنية المادية للكابل:

• حجم الموصل النحاسي
• مواد العزل والحماية
• طول الكابل

نظراً لعدم وجود مكونات نشطة، توفر كابلات DAC ميزتين هامتين:

• أقل تكلفة لكل ميناء
• أقل استهلاك للطاقة

الحد الأقصى لطول كابل DAC 400G

في عمليات النشر الحديثة بسرعة 400 جيجابت في الثانية، غالبًا ما تقتصر كابلات النحاس السلبية على مسافات قصيرة.

النطاقات العملية النموذجية:

• 1-2 متر → مستقر
• 2-3 أمتار → بالقرب من الحد
• 3 أمتار ← ينخفض ​​هامش الإشارة بسرعة

للحفاظ على سلامة الإشارة عند السرعات العالية، يقوم المصنعون بزيادة قطر الموصل.

مثال:

قد تُسبب الكابلات السميكة تحديات في الرفوف عالية الكثافة، مثل:

• انخفاض تدفق الهواء
• نصف قطر انحناء أصغر
• إدارة الكابلات الصعبة

متى يكون كابل DAC هو الأفضل لمراكز البيانات؟

يُعد محول الإشارة الرقمية إلى التناظرية (DAC) الخيار الأفضل عادةً عندما:

• مسافة التوصيل أقل من مترين
• تبقى الاتصالات ضمن رف واحد
• تُعد تكلفة كل ميناء أمراً بالغ الأهمية
• يجب أن يكون استهلاك الطاقة منخفضًا للغاية

بالنسبة للوصلات القصيرة بين الخوادم ومحول أعلى الرف، تظل كابلات DAC واحدة من أكثر كابلات مراكز البيانات استخدامًا على نطاق واسع.

كابل النحاس النشط (ACC): توسيع نطاق النحاس

توفر كابلات النحاس النشطة (ACC) معالجة محدودة للإشارة.

تتضمن تقنية ACC شريحة إعادة توجيه خطية، والتي تعوض عن فقدان التردد العالي في قنوات النحاس.

يقوم برنامج إعادة التوجيه بما يلي:

• تضخيم الإشارة
• معادلة
• تعويض القناة

لكنها لا تستعيد الإشارة بالكامل. لا يوجد:

• استعادة الساعة
• إعادة التوقيت
• تجديد الإشارة بالكامل

قدرات مسافة التحكم التكيفي في السرعة

عملياً، يمكن لتقنية ACC أن توسع نطاق كابلات النحاس السلبية.

النطاقات النموذجية لكابلات 400G:

• 3-5 أمتار

وهذا يجعل ACC مفيدًا عندما تتجاوز الروابط حدود النحاس السلبي ولكنها لا تتطلب إعادة توقيت الإشارة بالكامل.

كابلات كهربائية نشطة (AEC): وصلات نحاسية معاد توقيتها

تستخدم كابلات AEC بنية نحاسية نشطة أكثر تطوراً.

بدلاً من مُعيد التوجيه، تقوم شركة AEC بدمج ما يلي:

• مؤقت إعادة التوقيت
• استعادة بيانات الساعة (CDR)

وهذا يسمح بإعادة توليد الإشارة بالكامل قبل مغادرتها الكابل.

تشمل المزايا الرئيسية ما يلي:

• تم استعادة توقيت الساعة
• مخطط العين المحسن
• معدل خطأ البت المستقر (BER)

مسافة كابل AEC

تدعم كابلات AEC عادةً ما يلي:

• حوالي 7 أمتار عند 400G

وهذا يجعل نظام AEC مناسبًا تمامًا للوصلات المنظمة بين الرفوف داخل نفس الصف.

يتم استخدام تقنية AEC بشكل متزايد في مجموعات الذكاء الاصطناعي وبيئات الحوسبة عالية الكثافة، حيث يجب ربط مئات من عقد GPU عبر مسافات قصيرة.

كابلات الألياف الضوئية النشطة (AOC): كابلات مراكز البيانات الضوئية

تقوم كابلات AOC بتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية.

يحتوي كل طرف من أطراف الكابل على جهاز إرسال واستقبال ضوئي يقوم بتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية.

لأن الإشارات تنتقل عبر الألياف بدلاً من النحاس، فإن الاتصالات الضوئية تتجنب العديد من القيود الكهربائية.

نطاق الوصول النموذجي:

• 10-100 متر

مزايا كابلات AOC

توفر شركة AOC العديد من المزايا لكابلات مراكز البيانات ذات المسافات الطويلة:

• مدى إرسال أطول
• كابلات خفيفة الوزن ومرنة
• المناعة ضد التداخل الكهرومغناطيسي
• تسهيل التوجيه في البيئات المزدحمة

قيود AOC

تتضمن الحلول البصرية أيضاً مفاضلات:

• تكلفة أعلى
• استهلاك أعلى للطاقة
• قيود دورة حياة الوحدة البصرية

في حالة تعطل الوحدة البصرية، يجب استبدال مجموعة الكابلات بالكامل.

بالنسبة للمسافات التي تزيد عن 7-10 أمتار تقريبًا، تصبح الوصلات الضوئية مثل كابلات AOC هي الحل المفضل.

ما هو نوع الكابل الأنسب لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي؟

تُشكّل مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الكبيرة تحديات جديدة في البنية التحتية.

بالمقارنة مع أحمال العمل السحابية التقليدية، تتطلب مجموعات الذكاء الاصطناعي ما يلي:

• كثافة منافذ عالية للغاية
• حركة مرور كثيفة بين الشرق والغرب
• رفوف مكتظة بإحكام
• عدد كبير من الوصلات القصيرة

أصبح قطر الكابل وتدفق الهواء أكثر أهمية بشكل متزايد.

في العديد من تطبيقات الذكاء الاصطناعي الحديثة:

• يُستخدم محول الإشارة الرقمية إلى التناظرية (DAC) للوصلات القصيرة للغاية
• يُفضل استخدام تقنية AEC للوصلات قصيرة المدى المنظمة
• تُستخدم تقنية AOC لتوصيلات الرفوف الطويلة

دليل عملي لاختيار كابلات 400G

تنطبق الإرشادات التالية على معظم شبكات مراكز البيانات بسرعة 400 جيجابت في الثانية.

ينبغي أن يراعي الاختيار الفعلي أيضًا ما يلي:

• كثافة الرفوف
• قيود تدفق الهواء
• ميزانية الطاقة
• التكاليف التشغيلية طويلة الأجل

الأسئلة الشائعة: مقارنة بين كابلات AEC وDAC وغيرها من أسئلة كابلات مراكز البيانات

ما الفرق بين كابلات AEC و DAC؟

كابلات DAC سلبية وتعتمد كلياً على قناة النحاس. أما كابلات AEC فتتضمن رقائق إعادة توقيت تعمل على إعادة توليد الإشارة، مما يتيح مدى أطول وجودة إشارة أفضل.

هل نظام AEC أفضل من نظام DAC؟

ليس دائماً. كابلات DAC أرخص وتستهلك طاقة أقل، بينما توفر كابلات AEC سلامة إشارة أفضل ومدى أطول.

ما هو أقصى طول لكابل DAC 400G؟

معظم كابلات DAC الحديثة بسرعة 400 جيجابت في الثانية محدودة بحوالي 3 أمتار بسبب فقدان الإشارة في قنوات النحاس.

لماذا أصبحت كابلات AEC أكثر شيوعًا؟

توفر كابلات AEC توازناً مثالياً بين تكلفة كابلات النحاس وسلامة الإشارة، مما يجعلها مناسبة تماماً للاتصال عالي السرعة قصير المدى في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي.

أفكار ختامية حول كابلات مراكز البيانات

لا توجد تقنية كابلات واحدة تعمل بشكل أفضل في كل حالة.

كل نوع من أنواع كابلات مراكز البيانات يحل قيدًا ماديًا مختلفًا:

• توفر تقنية DAC أقل تكلفة للوصلات القصيرة للغاية.
• تعمل تقنية ACC على زيادة نطاق وصول النحاس بشكل طفيف.
• تعمل تقنية إلغاء الضوضاء التلقائي (AEC) على تحسين سلامة الإشارة للوصلات المنظمة قصيرة المدى.
• تتيح تقنية AOC اتصالات أطول باستخدام الإرسال الضوئي.

مع استمرار توسع شبكات 400G و 800G، ستلعب معالجة الإشارات النشطة دورًا متزايد الأهمية.

يساعد فهم نقاط القوة والقيود لكل نوع من أنواع الكابلات المهندسين على تصميم شبكات مراكز البيانات التي توازن بين الأداء والكثافة والتكلفة.

هل تحتاج إلى مساعدة في اختيار كابل مركز البيانات المناسب؟

يتطلب تصميم شبكات 400G و800G الحديثة تحقيق توازن بين المسافة، وسلامة الإشارة، واستهلاك الطاقة، وكثافة النشر. وسواءً اعتمدت بنيتك على كابلات DAC أو ACC أو AEC أو AOC ، فإن اختيار وصلة الربط المناسبة يُمكن أن يؤثر بشكل كبير على الأداء وقابلية التوسع.

توفر شركة Farsince مجموعة كاملة من حلول كابلات مراكز البيانات عالية السرعة لمجموعات الذكاء الاصطناعي والبنية التحتية فائقة التوسع وشبكات المؤسسات.

اتصل بفريقنا الهندسي لمناقشة متطلبات الاتصال الخاصة بك بسرعة 400 جيجابت / 800 جيجابت.

مؤلف

فرانك يان
المؤسس | حلول الاتصال من فارسنس

فرانك يان هو مؤسس شركة فارسينس ولديه أكثر من 13 عامًا من الخبرة في صناعة الكابلات والاتصالات، حيث عمل عن كثب مع العملاء العالميين في حلول مراكز البيانات والحلول الصناعية وحلول الاتصال الشبكي.