1.6T InfiniBand XDR DAC: Warum passive Kupferkabel in KI-Clustern weiterhin wichtig sind

Da InfiniBand XDR die Bandbreite pro Port auf 1.6 Tb/s steigert, tritt die Vernetzung von KI-GPU-Clustern in eine neue Phase von Hochgeschwindigkeitsverbindungen auf Basis elektrischer 200 Gb/s PAM4-Lanes ein. Beim Streben nach extrem hoher Kommunikationsbandbreite stehen Netzwerkarchitekten vor neuen physikalischen Herausforderungen: Mit der Umstellung der elektrischen Schnittstelle pro Lane auf 200 Gb/s PAM4 steigen die Anforderungen an Stromversorgung und Wärmeabfuhr bei optischen 1.6T-Verbindungen zunehmend. In GPU-Racks mit hoher Dichte kann der Einsatz zahlreicher optischer Hochgeschwindigkeitstransceiver den Stromverbrauch der Switch-Ports und die thermischen Anforderungen an das gesamte Gehäuse erheblich erhöhen. Im Zuge dieser technologischen Entwicklung wurde das passive 1.6T InfiniBand XDR Direct-Attach-Kupferkabel nicht ausgemustert. Dank seiner passiven, wenig komplexen physikalischen Eigenschaften bietet es weiterhin einen erheblichen technischen Nutzen für Hochgeschwindigkeitsverbindungen über kurze Distanzen innerhalb des Racks.

Eine pragmatische Wahl für Kurzstreckenverbindungen innerhalb des Racks

Passive 1.6T-DACs sind hauptsächlich für Hochgeschwindigkeitsverbindungen über kurze Distanzen innerhalb von Rechenzentrumsracks ausgelegt. In aktuellen Empfehlungen für XDR-Implementierungen sind passive DACs vor allem für zwei konkrete Szenarien vorgesehen:

Switch zu Server: In Compute-Racks mit hoher Dichte werden KI-Server mit ConnectX SmartNICs direkt mit Top-of-Rack-Switches verbunden.

Switch zu Switch: Zur Kaskadierung von Netzwerkgeräten innerhalb desselben Racks über extrem kurze physische Distanzen.

Bei diesen Verbindungen über extrem kurze Distanzen bieten passive DACs auf Systemebene zwei wesentliche Vorteile gegenüber anderen Verbindungsbauformen:

Passive Verbindungen zur Reduzierung des zusätzlichen Strombedarfs

Wie der Name schon sagt, enthält ein passives DAC weder Komponenten zur optoelektronischen Umwandlung noch DSP-Chips oder andere aktive Elektronik zur Signalaufbereitung. Daher benötigt das Kabel selbst keine eigene Stromversorgung. Im Vergleich zu optischen Transceivern oder aktiven elektrischen Kabeln, die eine aktive Signalverarbeitung erfordern, vermeiden passive DACs den zusätzlichen Stromverbrauch durch die aktive Signalverarbeitung an den Verbindungsenden. So kann das System wertvolle Leistungsbudgets den GPU-Rechenressourcen zuweisen.

Vereinfachte Verbindungen und geringe Latenz

Bei Kurzstreckenverbindungen innerhalb des Racks umgehen passive DACs die optoelektronischen Umwandlungspfade und die damit verbundene aktive Signalverarbeitung, die optische Transceiver benötigen. Diese vereinfachte physische Verbindung reduziert den zusätzlichen Aufwand für Signalverarbeitung und Umwandlung und bietet damit einen greifbaren Nutzen für KI-Trainingscluster, die äußerst empfindlich auf Ende-zu-Ende-Latenz und Tail-Latenz reagieren.

Warum verwenden nicht alle XDR-Verbindungen DACs

Obwohl 1.6T-DACs Vorteile bei der Energieeffizienz und der Einfachheit der Verbindung bieten, sind sie keine Universallösung für 1.6T-Netzwerke. Im Ökosystem der Hochgeschwindigkeitsverbindungen stehen physische Distanz und Signalintegrität grundsätzlich im Widerspruch zueinander.

Mit zunehmender Kabellänge gewinnen dielektrische Verluste und Leiterverluste bei der elektrischen PAM4-Signalübertragung der 224G-Klasse über Kupfer immer mehr an Bedeutung. Um die Signalintegrität zu erhalten, setzen passive DAC-Konstruktionen in der Regel auf die Optimierung von Leiterquerschnitten, Kabelstrukturen und Steckverbinderkonstruktionen. Größere Leiterquerschnitte (niedrigere AWG-Werte) führen jedoch zwangsläufig zu voluminöseren Kabeln, höherem Gewicht und größeren erforderlichen Mindestbiegeradien.

Wenn die Verbindungsdistanzen die nutzbare Reichweite eines passiven DAC überschreiten, muss die Netzwerkarchitektur daher auf andere Verbindungsformate umstellen: Lineare aktive Kupferkabel (LACCs) oder AECs werden eingesetzt, um längere Distanzen innerhalb des Racks zu überbrücken, während optische 1.6T-Transceiver bei rackübergreifenden Verbindungen, größeren Entfernungen oder beengten Platzverhältnissen im Allgemeinen die geeignetere Wahl sind.

QSFPTEK 1.6T InfiniBand XDR DAC: Signalintegrität bei 200G PAM4 sicherstellen

Im 1.6T-Zeitalter hat sich der Entwicklungsschwerpunkt passiver DACs weit über die einfache elektrische Verbindung von Leitern hinaus hin zu einer strengen Kontrolle der Hochgeschwindigkeitssignalintegrität verlagert. Die 200 Gb/s PAM4-Signalübertragung reagiert äußerst empfindlich auf Kabelverluste, Impedanzdiskontinuitäten und Übersprechen. Eine unzureichende Kontrolle von Einfügedämpfung, Rückflussdämpfung oder Übersprechen in Kupferkabeln kann die Signalqualität am Empfänger beeinträchtigen, das Risiko von Bitfehlern erhöhen und letztlich die Verbindungsstabilität sowie die Kommunikationseffizienz des Clusters gefährden.

Mit Blick auf die Verkabelung mit hoher Dichte innerhalb von Racks für 1.6T-Implementierungen hat QSFPTEK seine Entwicklungs- und Fertigungsarbeit für das 1.6T InfiniBand XDR DAC auf drei entscheidende Bereiche konzentriert:

Hochgeschwindigkeitskabelstrukturen und Verbindungstechnik: Durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeitskupferkabelstrukturen und Materialien, die für 200G PAM4-Verbindungen optimiert sind, in Kombination mit präzisen Anschlusstechniken konzentriert sich die Konstruktion auf die Sicherstellung der Impedanzkontinuität im Übergangsbereich des Steckverbinders. Dies trägt dazu bei, die Einfügedämpfung und Rückflussdämpfung bei hohen Frequenzen auf der physikalischen Schicht zu kontrollieren.

Reduzierung von EMI und Übersprechen: Um den komplexen elektromagnetischen Umgebungen innerhalb von Racks mit hoher Dichte gerecht zu werden, werden optimierte Kabelabschirmungsstrukturen und Gehäusekonstruktionen für OSFP-Steckverbinder eingesetzt. Dies verringert die Risiken externer elektromagnetischer Störungen und unterdrückt wirksam die Kopplung durch Übersprechen zwischen benachbarten Kanälen bei dichter Anordnung.

Validierung der Plattforminteroperabilität: Vor der Markteinführung durchläuft jede Generation von Hochgeschwindigkeitskupferkabeln strenge Tests der Hochgeschwindigkeitsverbindungen und der Interoperabilität mit den vorgesehenen InfiniBand-Plattformen (z. B. Switches mit hohem Durchsatz und SmartNICs der nächsten Generation). Dabei wird die Stabilität der Hochgeschwindigkeitsverbindungen über verschiedene Längenkombinationen hinweg validiert, und Verbindungszustände sowie Fehlerraten werden unter Vorwärtsfehlerkorrektur-Bedingungen auf Grundlage der spezifischen Konfigurationen der Zielplattformen überprüft.

Fazit

Die 1.6T-Ära wird nicht mehr von einer einzigen Verbindungstechnologie dominiert. Während Verbindungen zwischen Campus-Standorten und über größere Entfernungen stark auf optische Kommunikation setzen, bleibt der passive 1.6T InfiniBand XDR DAC eine entscheidende Säule der physikalischen Schicht für kurze Reichweiten. Dank seiner vollständig passiven Architektur bietet er eine Verbindungslösung mit geringer Komplexität, die Leistungsaufnahme und Latenz in Einklang bringt. Beim Aufbau von KI-Rechenzentren der nächsten Generation ist es entscheidend, passive Kupferkabel, aktive Kabel und optische Transceiver auf die tatsächlichen Entfernungen und physikalischen Einschränkungen abzustimmen, um Verbindungsleistung, Stromverbrauch, Platzbedarf der Verkabelung und Gesamtbetriebskosten auszubalancieren.