Технический обзор активных электрических кабелей (AEC) для подключения в центре обработки данных

Появление технологии AEC в высокоскоростных центрах обработки данных

ИИ и высокопроизводительные вычисления продолжают стимулировать работу центров обработки данных на более высоких скоростях, а пропускная способность и стабильность испытывают все большее давление. Чем больше масштабируются рабочие нагрузки, тем очевиднее становится, что традиционные пассивные медные кабели прямого подключения (DAC) не справляются. Они по-прежнему оправданы для коротких соединений благодаря низкой стоимости, но как только скорость передачи данных превышает 100 Гбит/с или расстояние увеличивается, быстро проявляются такие проблемы, как потеря сигнала, перекрестные помехи и рост числа ошибок—проблемы, которые особенно кластеры ИИ не могут позволить себе игнорировать.

Именно здесь на сцену выходят активные электрические кабели (AEC). В разъёмы каждого кабеля встроена электроника, которая настраивает, очищает и усиливает сигнал во время его передачи. Такая конструкция позволяет данным передаваться на большие расстояния с меньшим количеством ошибок и поддерживает стабильность соединений, предоставляя центрам обработки данных больше возможностей для организации высокоскоростных подключений между стойками или серверами без опасений по поводу потери сигнала. Согласно прогнозам LightCounting, благодаря продолжающемуся расширению центров обработки данных для ИИ и облачных вычислений мировой рынок AEC, как ожидается, будет расти в среднем примерно на 45% в год с 2024 по 2028 год.

Что такое активный электрический кабель (AEC)?

Активные электрические кабели (AEC) представляют собой стандарт высокоскоростного медного межсоединения, разработанный альянсом HiWire. Спецификация HiWire AEC содержит согласованные правила электрического и механического проектирования, благодаря чему эти кабели подходят для передачи данных со скоростями 100G, 200G, 400G и вплоть до 800G. Они выпускаются в привычных форм-факторах, таких как QSFP56, OSFP и QSFP-DD, поэтому легко используются с существующим высокоскоростным сетевым оборудованием.

В отличие от традиционных пассивных медных кабелей (DAC), AEC оснащены встроенными активными схемами формирования сигнала. Встроенные в AEC микросхемы эквалайзера и ретаймера компенсируют потери и искажения сигнала во время передачи данных, обеспечивая стабильность сигнала даже на больших расстояниях. Расположенные между DAC и AOC, они унаследовали экономичность медных кабелей, одновременно отвечая требованиям высокоскоростных межсоединений. Это делает их эффективным и энергосберегающим решением для соединений на коротких расстояниях в современных центрах обработки данных.

Как работают кабели AEC

Стабильность активных электрических кабелей (AEC) в высокоскоростных системах обеспечивает встроенная способность обновлять и точно настраивать электрические сигналы, непрерывно сохраняя качество передачи. При скорости 56G или 112G на канал и использовании сигнализации PAM4 ток, проходящий по медному проводнику, имеет тенденцию ослабевать или искажаться из-за затухания и джиттера, что легко может привести к ошибкам данных. Для противодействия этому AEC включают такие компоненты, как ретаймеры, эквалайзеры и схемы прямой коррекции ошибок (FEC), которые очищают и восстанавливают сигнал по мере его прохождения. Эти компоненты обеспечивают четкость сигнала и предотвращают его повреждение во время передачи.

С точки зрения прохождения сигнала, когда данные передаются от электрического интерфейса коммутатора или сервера, они сначала поступают в структуру медной проводки AEC для передачи. По мере прохождения сигналов по кабелю они неизбежно сталкиваются с помехами, такими как перекрёстные наводки или высокочастотные потери. Активные микросхемы внутри AEC реагируют в реальном времени, корректируя искажённые формы сигналов и уменьшая количество битовых ошибок. Встроенная микросхема ретаймера с восстановлением тактовой частоты и данных (CDR) повторно выравнивает синхронизацию сигнала, сглаживая джиттер, а эквалайзер компенсирует спад на высоких частотах. Затем встроенный усилитель повышает мощность сигнала, позволяя медным кабелям сохранять чистую и надёжную передачу даже на больших расстояниях.

Ключевые преимущества кабелей AEC

Повышенная целостность сигнала

Кабели AEC содержат активные схемы—включая ретаймеры, эквалайзеры и усилители—которые динамически корректируют и оптимизируют электрические сигналы во время передачи. В совокупности эти компоненты помогают снизить джиттер, перекрестные помехи и искажение сигнала, поддерживая низкий уровень коэффициента битовых ошибок и стабильную производительность даже при Скорости 400G или 800G. Благодаря такой коррекции сигнала в реальном времени кабели AEC способны обрабатывать большие объемы данных, сохраняя чистую и стабильную передачу на протяжении всего соединения.

Расширенная дальность передачи

В отличие от пассивных DAC, которые обычно обеспечивают передачу на высокой скорости только на расстояние от 1 до 3 метров, кабели AEC сохраняют высокое качество сигнала на расстоянии от 5 до 7 метров. Такая увеличенная дальность делает их идеальными для межстоечных соединений или подключений на средние расстояния, сохраняя гибкость кабельного пространства в компоновках центров обработки данных с высокой плотностью без необходимости в дорогостоящих решениях на основе оптических модулей.

Энергоэффективность и преимущества по стоимости

AEC использует передачу чистого электрического сигнала без электрооптического преобразования, что приводит к снижению энергопотребления—обычно менее 10–12W на порт. По сравнению с активными оптическими кабелями (AOC) с эквивалентной пропускной способностью AEC обеспечивает более низкие общие затраты и более высокую операционную эффективность. Это доступный вариант для компаний, которые ценят одновременно высокую производительность и низкое энергопотребление.

Расширенная гибкость управления кабелями

По мере увеличения скорости передачи данных традиционные пассивные кабели DAC становятся более громоздкими и сложнее сгибаются, что затрудняет их прокладку в переполненных стойках. Кабели AEC легче и гибче, а благодаря меньшему радиусу изгиба их можно устанавливать гораздо проще. Их тонкая конструкция также не препятствует воздушному потоку внутри шкафа, помогая центрам обработки данных сохранять организованность, повышая эффективность охлаждения и упрощая техническое обслуживание.

Высокая надёжность и масштабируемость

Благодаря долговечности медной среды AEC превосходит оптоволоконные кабели по сроку службы и стабильности, требуя меньшего обслуживания. Он надёжно работает в диапазоне от 100G до 800G. Он обладает потенциалом масштабирования до 1.6T, полностью отвечая растущим требованиям кластеров ИИ и высокопроизводительных вычислительных систем к пропускной способности и надёжности на долгие годы.

Технические различия и сравнение производительности AEC и DAC/ACC

Высокоскоростные медные соединения обычно подразделяются на три основных типа: Direct Attach Copper (DAC), Активный медный кабель (ACC) и Активный электрический кабель (AEC). Хотя во всех случаях в качестве среды передачи используется медь, их внутренняя архитектура и методы обработки сигналов значительно различаются, что приводит к заметным различиям в характеристиках передачи и сфере применения.

Сравнение AEC и DAC

Пассивные DAC имеют простую конструкцию, в которой сигналы напрямую проходят через медные кабели от портов устройств без усилительных схем или схем коррекции. Такая конструкция остается стабильной на низких скоростях или коротких расстояниях, однако при скоростях 400G или 800G проблемы затухания сигнала и перекрестных помех быстро усугубляются. Обычно эффективное расстояние для DAC составляет всего 2–3 метра. AEC непрерывно использует ретаймеры и эквалайзеры для восстановления качества сигнала и коррекции искажений во время передачи. Благодаря этим активным схемам AEC поддерживает низкий коэффициент битовых ошибок (BER) и стабильную высокоскоростную связь на расстояниях от 5 до 7 метров, обеспечивая более надежное решение для соединения в центрах обработки данных с высокой плотностью размещения оборудования.

Сравнение AEC и ACC

Активные медные кабели (ACC), которые также считаются активными кабелями, используют базовый процесс усиления сигнала, в основном основанный на микросхемах линейного усиления. Однако этот подход плохо справляется с шумом, часто усиливая помехи и увеличивая джиттер. С другой стороны, активные электрические кабели (AEC) используют передовую схему с технологиями восстановления тактовых данных (CDR) и эквализации. Эти интеллектуальные компоненты помогают усиливать и корректировать сигнал, а также фильтровать шум. Уменьшайте количество ошибок и улучшайте сигнал.

В целом AEC обеспечивает превосходный баланс между производительностью, дальностью передачи, энергоэффективностью и стоимостью. Он поддерживает высокоскоростную передачу данных с низким уровнем ошибок на расстояния более 5 метров, сохраняя при этом низкое энергопотребление и невысокую стоимость развертывания. Эти преимущества делают AEC идеальным решением для высокоскоростных межсоединений средней дальности в центрах обработки данных нового поколения.

Сценарии применения высокоскоростного AEC

По мере ускорения строительства кластеров ИИ и гипермасштабируемых центров обработки данных активные электрические кабели (AEC) стали основным решением для высокоскоростных соединений на средних и коротких расстояниях. Благодаря способности поддерживать сверхнизкий уровень ошибок передачи битов (BER) и стабильную производительность при скоростях передачи данных до 800G кабели AEC идеально подходят для соединений высокой плотности, таких как подключения Top-of-Rack (ToR), Mid-of-Rack (MoR) и сервер-коммутатор. В сложных средах, например в системах высокопроизводительных вычислений (HPC) и кластерах обучения ИИ, AEC обеспечивает сильный сигнал, одновременно оптимизируя энергоэффективность и стоимость.

Заключение

AEC устраняет проблемы потери сигнала, характерные для традиционных кабелей DAC на более высоких скоростях, обеспечивая стабильную работу без высокой стоимости или энергопотребления оптических решений. QSFPTEK является ведущим поставщиком сетевых решений и предлагает полный ассортимент продуктов AEC с поддержкой скоростей 400G и 800G для удовлетворения широкого спектра потребностей в развертывании. Это позволяет предприятиям создавать межсоединительные сети нового поколения, отличающиеся более высокими скоростями, меньшей задержкой и повышенной надежностью.