DAC 1.6T InfiniBand XDR: por que o cobre passivo continua sendo importante em clusters de IA

À medida que o InfiniBand XDR eleva a largura de banda por porta para 1.6 Tb/s, as redes de clusters de GPU para IA entram numa nova fase de interligações de alta velocidade baseadas em vias elétricas PAM4 de 200 Gb/s. Por trás da procura de larguras de banda de comunicação extremas, os arquitetos de redes enfrentam novos desafios físicos: à medida que a interface elétrica por via evolui para PAM4 de 200 Gb/s, os requisitos de energia e de dissipação térmica das interligações óticas 1.6T tornam-se cada vez mais exigentes. Em racks de GPU de alta densidade, a instalação de um grande número de transceptores óticos de alta velocidade pode aumentar significativamente o consumo de energia das portas dos switches e os requisitos térmicos globais do chassis. Nesta evolução tecnológica, o cabo de cobre passivo de ligação direta 1.6T InfiniBand XDR não foi descontinuado. Pelo contrário, graças às suas características físicas passivas e de baixa complexidade, continua a ter um valor significativo em termos de engenharia para interligações de alta velocidade e curto alcance dentro do rack.

Uma escolha pragmática para interligações de curto alcance dentro do rack

DACs passivos 1.6T são concebidos principalmente para ligações de alta velocidade e curto alcance dentro dos racks dos centros de dados. Nas atuais orientações de implementação de XDR, os DACs passivos destinam-se sobretudo a dois cenários específicos:

Switch para servidor: Em racks de computação de alta densidade, os servidores de IA equipados com ConnectX SmartNICs ligam-se diretamente a switches no topo do rack.

Switch para switch: Utilizados para ligar em cascata equipamentos de rede dentro do mesmo rack, ao longo de distâncias físicas extremamente curtas.

Nestas implementações de alcance extremamente curto, os DACs passivos oferecem duas vantagens fundamentais ao nível do sistema em relação a outros formatos de interligação:

Ligações passivas para reduzir o consumo adicional de energia

Tal como o nome indica, um DAC passivo não contém componentes de conversão optoeletrónica, chips DSP nem outros circuitos eletrónicos ativos de condicionamento de sinal. Por conseguinte, o próprio cabo não necessita de uma fonte de alimentação independente. Em comparação com transceptores óticos ou cabos elétricos ativos que exigem processamento ativo de sinal, os DACs passivos evitam o consumo adicional de energia associado ao processamento ativo de sinal nas extremidades da ligação, permitindo ao sistema destinar a valiosa energia disponível aos recursos de computação das GPU.

Ligações simplificadas e baixa latência

Nas ligações de curto alcance dentro do rack, os DACs passivos dispensam os percursos de conversão optoeletrónica e o processamento ativo de sinal associado exigidos pelos transceptores óticos. Esta ligação física simplificada reduz o processamento adicional de sinal e os custos de conversão, proporcionando um valor concreto para os clusters de treino de IA que são altamente sensíveis à latência de ponta a ponta e à latência de cauda.

Porque é que nem todas as ligações XDR utilizam DACs

Embora DACs 1.6T ofereçam vantagens em termos de eficiência energética e simplicidade da ligação, não são uma solução universal para redes 1.6T. No ecossistema de interligações de alta velocidade, a distância física e a integridade do sinal estão inerentemente em conflito.

À medida que a distância da cablagem aumenta, as perdas dielétricas e nos condutores tornam-se cada vez mais significativas para a sinalização elétrica PAM4 da classe 224G sobre cobre. Para manter a integridade do sinal, os projetos de DACs passivos baseiam-se normalmente na otimização dos calibres dos condutores, das estruturas dos cabos e dos conectores. No entanto, a adoção de condutores mais espessos (AWG inferior) resulta inevitavelmente em cabos mais volumosos, maior peso e requisitos de raio mínimo de curvatura mais elevados.

Por conseguinte, quando as distâncias das ligações excedem o alcance viável de um DAC passivo, a arquitetura de rede tem de passar para outros formatos de interligação: os cabos de cobre ativos lineares (LACCs) ou AECs são utilizados para cobrir distâncias maiores dentro do rack, enquanto os transceptores óticos 1.6T se tornam geralmente a escolha mais adequada para implementações entre racks, a maiores distâncias ou com restrições de espaço.

DAC QSFPTEK 1.6T InfiniBand XDR: enfrentar os desafios de integridade do sinal 200G PAM4

Na era 1.6T, o foco do projeto dos DACs passivos foi muito além da simples conectividade dos condutores, passando para um controlo rigoroso da integridade do sinal de alta velocidade. A sinalização PAM4 de 200 Gb/s é altamente sensível às perdas no cabo, às descontinuidades de impedância e à diafonia. Um controlo insuficiente das perdas de inserção, das perdas de retorno ou da diafonia nos cabos de cobre pode degradar a qualidade do sinal no recetor, aumentando o risco de erros de bits e, em última análise, comprometendo a estabilidade da ligação e a eficiência da comunicação do cluster.

Tendo em vista a cablagem de alta densidade dentro do rack para implementações 1.6T, a QSFPTEK concentrou os seus esforços de engenharia e fabrico do DAC 1.6T InfiniBand XDR em três dimensões fundamentais:

Estruturas de cabos de alta velocidade e processamento das interligações: Utilizando estruturas e materiais de cabos de cobre de alta velocidade otimizados para ligações 200G PAM4, em combinação com técnicas de terminação de precisão, o projeto centra-se no controlo da continuidade da impedância na zona de transição do conector, ajudando a controlar as perdas de inserção e de retorno a altas frequências na camada física.

Mitigação de EMI e diafonia: Para lidar com os ambientes eletromagnéticos complexos no interior de racks de alta densidade, são utilizadas estruturas otimizadas de blindagem dos cabos e conceções otimizadas das carcaças dos conectores OSFP. Isto reduz os riscos de interferência eletromagnética externa e suprime eficazmente o acoplamento por diafonia entre canais adjacentes em configurações de empilhamento de alta densidade.

Validação da interoperabilidade das plataformas: Antes da introdução no mercado, cada geração de cabos de cobre de alta velocidade é submetida a testes rigorosos de ligação de alta velocidade e de interoperabilidade com as plataformas InfiniBand de destino (por exemplo, switches de elevado débito e SmartNICs de nova geração). Este processo valida a estabilidade das ligações de alta velocidade em várias combinações de comprimentos e verifica os estados das ligações e as taxas de erro em condições de correção antecipada de erros, com base nas configurações específicas das plataformas de destino.

Conclusão

A era 1.6T já não é dominada por uma única tecnologia de interligação. Embora as ligações entre campus e de maior distância dependam fortemente das comunicações óticas, o DAC passivo 1.6T InfiniBand XDR continua a ser um pilar crucial da camada física de curto alcance. Baseado numa arquitetura totalmente passiva, oferece uma solução de interligação de baixa complexidade que equilibra o consumo de energia e a latência. Ao construir centros de dados de IA de próxima geração, adequar o cobre passivo, os cabos ativos e os transcetores óticos às distâncias reais e às restrições físicas é essencial para equilibrar o desempenho das ligações, o consumo de energia, o espaço de cablagem e o custo total de propriedade.