DAC InfiniBand XDR 1.6T: perché il rame passivo è ancora importante nei cluster AI

Poiché InfiniBand XDR porta la larghezza di banda per porta singola a 1.6 Tb/s, il networking dei cluster di GPU AI sta entrando in una nuova fase di interconnessioni ad alta velocità basate su corsie elettriche PAM4 da 200 Gb/s. Dietro la ricerca di una larghezza di banda di comunicazione estrema, gli architetti di rete affrontano nuove sfide fisiche: con l'aggiornamento dell'interfaccia elettrica per corsia a 200 Gb/s PAM4, i requisiti di potenza e termici delle interconnessioni ottiche da 1.6T diventano sempre più esigenti. Nei rack di GPU ad alta densità, l'implementazione di un gran numero di ricetrasmettitori ottici ad alta velocità può aumentare significativamente il consumo energetico delle porte degli switch e i requisiti termici complessivi dello chassis. In questa evoluzione tecnologica, il cavo in rame passivo a collegamento diretto InfiniBand XDR da 1.6T non è stato dismesso. Al contrario, sfruttando le sue caratteristiche fisiche passive e a bassa complessità, continua ad avere un significativo valore ingegneristico per le interconnessioni ad alta velocità e a corto raggio all'interno del rack.

Una scelta pragmatica per interconnessioni a corto raggio intra-rack

DAC passivi 1.6T sono progettati principalmente per connessioni ad alta velocità su brevi distanze all'interno dei rack dei data center. Nelle attuali linee guida per l'implementazione XDR, i DAC passivi sono destinati principalmente a due scenari specifici:

Da switch a server: Nei rack di calcolo ad alta densità, i server AI dotati di SmartNIC ConnectX si collegano direttamente agli switch top-of-rack.

Da switch a switch: Utilizzato per il collegamento in cascata delle apparecchiature di rete all'interno dello stesso rack su distanze fisiche estremamente brevi.

Per queste implementazioni a portata estremamente ridotta, i DAC passivi offrono due vantaggi fondamentali a livello di sistema rispetto ad altri fattori di forma di interconnessione:

Collegamenti passivi per ridurre il consumo energetico

Fedele al suo nome, un DAC passivo non contiene componenti di conversione optoelettronica, chip DSP o altri elementi elettronici attivi per il condizionamento del segnale. Di conseguenza, il cavo stesso non richiede un'alimentazione indipendente. Rispetto ai transceiver ottici o agli Active Electrical Cables che richiedono un'elaborazione attiva del segnale, i DAC passivi evitano il consumo energetico aggiuntivo associato all'elaborazione attiva del segnale alle estremità del collegamento, consentendo al sistema di destinare preziosi budget energetici alle risorse di calcolo GPU.

Collegamenti semplificati e bassa latenza

Per connessioni a corto raggio all'interno del rack, i DAC passivi bypassano i percorsi di conversione optoelettronica e l'elaborazione attiva del segnale associata richiesta dai transceiver ottici. Questo collegamento fisico semplificato riduce l'elaborazione aggiuntiva del segnale e l'overhead di conversione, offrendo un valore concreto per i cluster di training AI che sono altamente sensibili alla latenza end-to-end e di coda.

Perché non tutti i collegamenti XDR utilizzano DAC

Mentre DAC da 1.6T offrono vantaggi in termini di efficienza energetica e semplicità del collegamento, non sono una soluzione universale per le reti a 1.6T. Nell'ecosistema delle interconnessioni ad alta velocità, la distanza fisica e l'integrità del segnale sono intrinsecamente in contrasto.

Con l'aumentare della distanza di cablaggio, le perdite dielettriche e dei conduttori diventano sempre più significative per la segnalazione elettrica PAM4 di classe 224G su rame. Per mantenere l'integrità del segnale, i progetti DAC passivi si basano generalmente sull'ottimizzazione dei calibri dei conduttori, delle strutture dei cavi e dei design dei connettori. Tuttavia, l'adozione di calibri più spessi (AWG inferiore) comporta inevitabilmente cavi più ingombranti, un peso maggiore e requisiti di raggio minimo di curvatura più ampi.

Pertanto, quando le distanze di collegamento superano l'intervallo praticabile di un DAC passivo, l'architettura di rete deve passare ad altri formati di interconnessione: cavi in rame attivi lineari (LACC) o AEC vengono utilizzati per coprire distanze maggiori all'interno del rack, mentre i transceiver ottici 1.6T diventano generalmente la scelta più appropriata per implementazioni cross-rack, a lunga distanza o con vincoli di spazio.

QSFPTEK 1.6T InfiniBand XDR DAC: affrontare l'integrità del segnale PAM4 a 200G

Nell’era degli 1,6T, l’attenzione progettuale dei DAC passivi si è spostata ben oltre la semplice connettività dei conduttori, verso un rigoroso controllo dell’integrità del segnale ad alta velocità. La segnalazione PAM4 a 200 Gb/s è altamente sensibile all’attenuazione del cavo, alle discontinuità di impedenza e alla diafonia. Un controllo insufficiente dell’attenuazione di inserzione, della perdita di ritorno o della diafonia nei cavi in rame può degradare la qualità del segnale al ricevitore, aumentando il rischio di errori di bit e compromettendo in ultima analisi la stabilità del collegamento e l’efficienza della comunicazione del cluster.

Puntando al cablaggio intra-rack ad alta densità per implementazioni a 1.6T, QSFPTEK ha concentrato i propri sforzi di ingegneria e produzione per il DAC InfiniBand XDR da 1.6T su tre dimensioni critiche:

Strutture dei cavi ad alta velocità ed elaborazione delle interconnessioni: Utilizzando strutture e materiali per cavi in rame ad alta velocità ottimizzati per collegamenti PAM4 a 200G, combinati con tecniche di terminazione di precisione, il design si concentra sul controllo della continuità dell'impedenza nella zona di transizione del connettore, contribuendo a controllare la perdita di inserzione e la perdita di ritorno ad alta frequenza a livello fisico.

Mitigazione di EMI e diafonia: Per gestire i complessi ambienti elettromagnetici all'interno dei rack ad alta densità, vengono implementate strutture ottimizzate di schermatura dei cavi e design dei gusci dei connettori OSFP. Ciò riduce i rischi di interferenze elettromagnetiche esterne e sopprime efficacemente l'accoppiamento della diafonia tra canali adiacenti durante l'impilamento ad alta densità.

Convalida dell'interoperabilità della piattaforma: Prima dell'implementazione sul mercato, ogni generazione di cavi in rame ad alta velocità viene sottoposta a rigorosi test di collegamento ad alta velocità e interoperabilità sulle piattaforme InfiniBand target (ad esempio, switch ad alta capacità e SmartNIC di nuova generazione). Questo processo convalida la stabilità del collegamento ad alta velocità in varie combinazioni di lunghezze e verifica gli stati del collegamento e i tassi di errore in condizioni di Forward Error Correction, sulla base delle configurazioni specifiche delle piattaforme target.

Conclusione

L'era 1.6T non è più dominata da un'unica tecnologia di interconnessione. Mentre le connessioni inter-campus e a distanze maggiori fanno ampio affidamento sulle comunicazioni ottiche, il DAC passivo 1.6T InfiniBand XDR rimane un pilastro fondamentale del livello fisico a corto raggio. Basandosi su un'architettura completamente passiva, offre una soluzione di interconnessione a bassa complessità che bilancia potenza e latenza. Quando si costruiscono data center AI di nuova generazione, abbinare rame passivo, cavi attivi e transceiver ottici alle distanze effettive e ai vincoli fisici è essenziale per bilanciare prestazioni del collegamento, consumo energetico, spazio di cablaggio e costo totale di proprietà.