DAC 1.6T InfiniBand XDR: perché il rame passivo è ancora importante nei cluster per l'IA

Mentre InfiniBand XDR porta la larghezza di banda per singola porta a 1.6 Tb/s, le reti dei cluster GPU per l'IA entrano in una nuova fase di interconnessioni ad alta velocità basate su lane 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 il passaggio dell'interfaccia elettrica per lane a PAM4 da 200 Gb/s, i requisiti di alimentazione e dissipazione termica delle interconnessioni ottiche 1.6T diventano sempre più impegnativi. Nei rack GPU ad alta densità, l'installazione 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 passivo in rame ad attacco diretto 1.6T InfiniBand XDR non è stato abbandonato. Al contrario, grazie alle sue caratteristiche fisiche passive e alla bassa complessità, continua a rivestire un notevole valore ingegneristico per le interconnessioni ad alta velocità e a corto raggio all'interno del rack.

Una scelta pragmatica per le interconnessioni a corto raggio all'interno del rack

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

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

Da switch a switch: Utilizzati per collegare in cascata apparati di rete all'interno dello stesso rack su distanze fisiche estremamente ridotte.

Per queste implementazioni a raggio estremamente corto, i DAC passivi offrono due vantaggi fondamentali a livello di sistema rispetto ad altri formati di interconnessione:

Collegamenti passivi per ridurre il consumo energetico aggiuntivo

Come suggerisce il nome, un DAC passivo non contiene componenti di conversione optoelettronica, chip DSP o altri circuiti elettronici attivi per il condizionamento del segnale. Di conseguenza, il cavo stesso non richiede un'alimentazione indipendente. Rispetto ai ricetrasmettitori ottici o ai cavi elettrici attivi 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 preziose risorse energetiche al calcolo su GPU.

Collegamenti semplificati e bassa latenza

Per le connessioni a corto raggio all'interno del rack, i DAC passivi evitano i percorsi di conversione optoelettronica e la relativa elaborazione attiva del segnale richiesti dai ricetrasmettitori ottici. Questo collegamento fisico semplificato riduce gli oneri aggiuntivi di elaborazione e conversione del segnale, offrendo un valore concreto ai cluster di addestramento dell'IA particolarmente sensibili alla latenza end-to-end e alla latenza di coda.

Perché non tutti i collegamenti XDR utilizzano DAC

Sebbene i DAC 1.6T offrano vantaggi in termini di efficienza energetica e semplicità del collegamento, non rappresentano una soluzione universale per le reti 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 nei conduttori diventano sempre più significative per la segnalazione elettrica PAM4 di classe 224G su rame. Per mantenere l'integrità del segnale, i progetti dei DAC passivi si basano generalmente sull'ottimizzazione delle sezioni dei conduttori, delle strutture dei cavi e dei connettori. Tuttavia, l'adozione di conduttori più spessi (AWG inferiore) comporta inevitabilmente cavi più ingombranti, un peso maggiore e requisiti più elevati per i raggi minimi di curvatura.

Pertanto, quando le distanze dei collegamenti superano la portata utile di un DAC passivo, l'architettura di rete deve passare ad altri formati di interconnessione: i cavi attivi lineari in rame (LACC) o gli AEC vengono utilizzati per coprire distanze maggiori all'interno del rack, mentre i ricetrasmettitori ottici 1.6T diventano generalmente la scelta più appropriata per le implementazioni tra rack, su distanze maggiori o con vincoli di spazio.

DAC QSFPTEK 1.6T InfiniBand XDR: affrontare le sfide dell'integrità del segnale PAM4 200G

Nell'era 1.6T, la progettazione dei DAC passivi è andata ben oltre la semplice connettività dei conduttori, concentrandosi su un controllo rigoroso dell'integrità del segnale ad alta velocità. La segnalazione PAM4 da 200 Gb/s è estremamente sensibile alle perdite del cavo, alle discontinuità di impedenza e alla diafonia. Un controllo insufficiente della perdita 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 delle comunicazioni del cluster.

Per rispondere alle esigenze del cablaggio ad alta densità all'interno del rack nelle implementazioni 1.6T, QSFPTEK ha concentrato gli sforzi di progettazione e produzione del DAC 1.6T InfiniBand XDR su tre aspetti critici:

Strutture dei cavi ad alta velocità e lavorazione delle interconnessioni: Utilizzando strutture e materiali per cavi in rame ad alta velocità ottimizzati per i collegamenti PAM4 200G, insieme a tecniche di terminazione di precisione, il progetto 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 delle EMI e della diafonia: Per gestire i complessi ambienti elettromagnetici all'interno dei rack ad alta densità, vengono adottate strutture di schermatura dei cavi e soluzioni per gli involucri dei connettori OSFP ottimizzate. Ciò attenua i rischi di interferenze elettromagnetiche esterne e sopprime efficacemente l'accoppiamento diafonico tra canali adiacenti nelle configurazioni impilate ad alta densità.

Validazione dell'interoperabilità delle piattaforme: Prima dell'immissione sul mercato, ogni generazione di cavi in rame ad alta velocità viene sottoposta a rigorosi test dei collegamenti ad alta velocità e di interoperabilità con le piattaforme InfiniBand di destinazione (ad esempio, switch ad alta capacità di trasmissione e SmartNIC di nuova generazione). Questo processo convalida la stabilità dei collegamenti ad alta velocità con diverse combinazioni di lunghezze e verifica gli stati dei collegamenti e i tassi di errore in condizioni di correzione degli errori in avanti, in base alle configurazioni specifiche delle piattaforme di destinazione.

Conclusione

L'era 1.6T non è più dominata da un'unica tecnologia di interconnessione. Mentre le connessioni tra campus e su distanze maggiori si basano ampiamente sulle comunicazioni ottiche, il DAC passivo 1.6T InfiniBand XDR rimane un pilastro fondamentale del livello fisico a corto raggio. Grazie a un'architettura completamente passiva, offre una soluzione di interconnessione a bassa complessità che bilancia consumi e latenza. Nella realizzazione di data center AI di nuova generazione, adattare il rame passivo, i cavi attivi e i ricetrasmettitori ottici alle distanze effettive e ai vincoli fisici è essenziale per bilanciare le prestazioni dei collegamenti, il consumo energetico, lo spazio occupato dal cablaggio e il costo totale di proprietà.