新一代数据中心的连接之“道”

2023年上半年，想必很多人都被ChatGPT刷屏了，这种基于庞大的数据集训练，能够瞬间生成文本、视频、音频、图形等内容的“生成式AI(Generative AI)”，带给人们的体验是颠覆性的。在此之后，科技圈就掀起了新一波的AI热潮。

毫不夸张地讲，ChatGPT迈出的这一步是革命性的，随着生成式AI向各个领域的渗透，人们有理由对AI未来的走势给出一个更为乐观的预期——有分析数据显示，到2030年，AI将形成一个价值2万亿美元的产业，从汽车到量子计算、软件开发、基因组学和数据挖掘，都将会成为未来AI发展的着力点。

而随着AI应用的扩展，更大规模的数据需要去挖掘和处理，新的挑战也在显现。这些挑战的压力很大一部分会落到数据中心的身上，毕竟作为我们这个智能时代的“云脑”，数据中心所输出的算力资源无可替代。虽然在过去的20年中，在云计算和物联网的推动下，数据中心已经获得了长足的进步，但是面对AI这个算力消耗惊人的“怪兽”，人们必须提前有所准备，以更强大的数据中心去满足其“胃口”所需。

打造新一代的数据中心，需要有多维度的技术考量，比如更高性能的计算架构、更大容量的高速存储、更大功率的配电系统、更高效的冷却技术、更智能的运维管理……不过，其中有一个非常重要的课题无法回避，那就是更高速和高密度的连接解决方案。

图1：AI快速推动新一代数据中心发展（图源：Molex）

新一代数据中心的连接技术

其实一直以来，连接技术的进步都绑定着数据中心的发展一路狂奔。根据以往的经验和近期的观察，我们会发现数据中心连接技术的下一步演进将聚焦在两个方面。

1. 高速率

一个方面，自然是对于更高数据传输速率的追求，这也是数据中心升级之路上的核心技术指标。

根据中国信通院的研究报告，针对大规模云计算数据中心和高性能计算应用场景，业界自2018年就已经开始推出和部署400G交换机，2022年起400G架构将逐渐成为数据中心的主流，而紧接着从2023年开始，800G方案也将步入快速发展期。而且我们有理由相信，生成式AI的这把火会加速技术升级的整体进程。

为了满足数据链路吞吐量的需求，数据中心连接方案也在同步加速。以高速IO连接器为例，目前单通道56Gbps PAM-4速率的产品已经成熟，112Gbps PAM-4技术的商用渗透率也在快速提升，而且像Molex这样的连接器头部厂商对于224 Gbps-PAM4解决方案的开发也已起步，以确保向800G聚合带宽或更高性能的技术节点快速演进。

2. 新架构

除了高速率，新一代数据中心连接技术升级中需要考虑的另一个方面，就是适应新架构的要求。

大家知道，随着数据中心应用场景的增多和日趋复杂，数据中心构建中不但要考虑综合性能的提升，还需要从不同方向、针对不同场景来优化方案，满足更加细分市场的需求，这就对数据中心整体架构设计提出了挑战。

为此，2011年由Facebook联合Intel、Rackspace、高盛和Arista Networks等公司发起了OCP开放计算项目(Open Compute Project)，旨在通过开放开源硬件技术，实现可扩展的计算，提升数据中心硬件设计的效率。此项目获得了积极响应，全球数百家企业、数以万计的参与者正在围绕冷却环境、服务器、网络、存储、硬件管理、机架与电源、AI、边缘计算等项目展开卓有成效的工作，构建开放、可扩展的数据中心架构。根据IDC的预测，OCP基础设施的市场规模从2019年到2024年将保持16.6%的年复合增长率，并达到338亿美元，届时OCP标准的服务器占比也将从2020年的18%提升至24%。

OCP这类新一代数据中心标准，对于相关连接技术的影响也是显而易见的。以数据库机架和电源设计为例，为了进一步提升部署密度和能效，OCP发起了Open Rack项目，这也是在OCP社区中最具有影响力的标准项目之一。随着市场和技术的发展，原有被广泛采用的Open Rack2.0标准已经达到了物理极限，难以适应AI等新兴应用的需求，向Open Rack3.0（ORV3）迈进已经是大势所趋。据悉，ORV3将支持48V供电、水冷散热，并将高度从41OU增加到44OU，同时调整了内部结构，以适应新的业务需求。随着标准的演进，连接技术也必须与其保持同步，以提供更强大的连接性、更高的可靠性和更灵活性，让数据中心架构升级之旅更顺畅。

由此可见，数据中心已经成为当今连接技术发展的重要推手，而连接技术也只有遵循数据中心的发展趋势，找到自身的发展之“道”，才能跟上技术和市场的脚步。

在探索高速数据中心的连接之“道”上，Molex颇有心得，也很有建树，这些年一直在跟随着数据中心技术升级的步伐推出丰富的产品和创新的解决方案，帮助客户应对复杂的，或者是前瞻性的数据中心设计挑战。

突破高速IO接口的极限

在支持更高的数据传输速率方面，考验连接器厂商实力的一个代表性的产品就是高速可插拔IO连接器。在小型封装 (SFF) 委员会的多源协议 (MSA) 推动下，高速可插拔IO系统一直沿着高速和高密度的方向快速演进，为数据中心等高性能计算应用提供有力的支持。

在MSA的系列标准中，能够同时将高速和高密度特性发挥得淋漓尽致的要算是QSFP-DD标准了。QSFP-DD互连系统与前一代QSFP外形规格相同，但是通道数量从4个增加到8个，连接的面板密度提升了一倍，总共包括256个差分线对和32个端口，换言之其在相同的外形规格内可提供双通道连接密度。因此QSFP-DD互连系统的8通道电气接口基于28G NRZ、56G PAM-4和112G PAM-4的单通道传输速率，聚合速率可高达200Gbps、400Gbps或800Gbps，且向后兼容QSFP标准。

Molex的QSFP-DD互连系统和电缆组件就是按照这一标准而打造的高速可插拔IO解决方案，其支持28Gbps NRZ和56Gbps PAM-4，能够满足或超出当前200G以太网和InfiniBand 100G (EDR) 应用的需求，也支持传统10Gbps以太网、14Gbps (FDR) InfiniBand和16Gbps光纤信道应用，而且其电缆组件符合IEEE 802.3bj、InfiniBand EDR和SAS 3.0规格，适用于多种下一代技术和应用。

同时，其接合设计采用窄边、耦合盲插、成形触点的构型和嵌件成型方案，可以提供出色的信号完整性 (SI) 性能以及极低的插入损耗 (IL)。坚固耐用的不锈钢外壳，也有助于实现更好EMI防护和抵御外力的冲击。加上QSFP-DD标准固有的向后兼容性，Molex的QSFP-DD互连系统和电缆组件可以为数据中心向更高性能和更新架构的迭代提供理想的解决方案。

图2：Molex QSFP-DD互连系统和电缆组件（图源：Molex）

支持无缝的背板互连性能升级

在高性能的数据中心中，背板互连是至关重要的一环，相关的背板连接器不但要能够满足更高的传输速率、提供更高的连接密度，也要尽可能减少插入损耗并实现更好的信号完整性，还要考虑到系统设计的灵活性和可扩展性。

Molex的Impel背板连接器系统，就是这样一种具有出色的信号完整性、高连接密度，数据速率高达40Gbps的解决方案（Impel Plus支持的速率可达56Gbps）。同时，由于具有向后和向前的兼容性，Impel背板连接器也可以为整个系统的扩展和升级提供便利。

当然，上面的介绍只是勾勒出了Impel背板连接器的一个概貌，实际上为了达到这样特性，实现高速高质量的数据传输，Impel背板连接器进行了一系列的优化设计。

·  采用交错式排针-引脚接口，提供出色的信号完整性和机械隔离，避免插接时造成针脚弯曲。
·  90欧姆标称阻抗，以减少阻抗不连续性。
·  提供多种引脚间距选项，为PCB设计人员带来信号走线四路布线（每层两对）的灵活性，从而减少PCB层数。
·  接地尾部对准器，可改善接地返回路径，尽可能减少阻抗不连续性，减少串扰。
·  增强的0.36mm金属化孔直径，满足制造宽高比，同时改进电气性能。
·  无时滞设计，无需在PCB布线上补偿连接器时滞。
·  两种引脚兼容连接选择，每个正交节点有18至72个差分对，为客户提供更大的设计灵活性，并提升机械和电气性能。
·  符合IEEE 10GBASE-KR和OIF Stat Eye的通道性能，提供了端到端的通道性能相容性。
·  可提供定制电缆组件，提供完整的通道解决方案，满足应用规格的设计灵活性。

综上所述，紧凑的Impel背板互连系统，为数据中心背板连接迁移到40Gbps或更高速率提供了可靠而灵活的解决方案，而无需完全重新设计其架构或更换原有的硬件，有助于实现无缝的数据中心性能升级。

图3：Molex的Impel背板连接器系统（图源：Molex）

满足新一代配电架构设计要求

在数据中心中，安全可靠的电力供应对于实现高效的运营至关重要，这就需要灵活而可靠的配电网络提供支持，而母线和母线连接器是构成数据中心配电网络的支柱。

Molex的PowerPlane母线电源连接器和电缆组件就能够满足这样的设计要求。这些电源连接器和电缆组件可以提供高电流性能以及各种配置和功能选项，具有更高的可靠性和增强的性能，非常适合数据中心中的各种配电应用。

特别值得一提的是，PowerPlane电缆组件还符合新的OCP ORV3标准，可满足下一代数据中心更高效、更灵活的配电架构的需求。

图4：符合ORV3标准的PowerPlane电缆组件（图源：Molex）

从具体的产品特性来看，PowerPlane电缆组件在提升性能、可靠性和易用性上有不少可圈可点之处。

·  在垂直和水平方向上均支持±3.00m浮动，可充分补偿插配时的错位，方便易用。
·  提供可选的集成机箱接地触点，无需单独辅助接地连接，可简化系统设计。
·  可靠的焊接端子可支持与各种线束的端接，其还可提供低压降，以实现出色的电气性能。
·  符合ORV3 IT的电缆组件两侧均设有可选的检测触点，支持控制器热插拔，实现系统保护。

可见，符合OCP ORV3标准的PowerPlane电缆组件已经为满足新一代数据中心配电架构设计要求做足了功课。

图5：PowerPlane电缆组件的主要特性（图源：Molex）

本文小结

AI技术的发展及其在各个领域日益广泛的应用，正在改变我们对于数据处理和使用的方式，也使得数据中心的发展迎来了一个新的拐点。选择和应用创新的连接解决方案，是我们能否跟上这一轮技术进步的节奏，享用下一波市场红利的关键。

好消息是，Molex以先进的产品和完整的解决方案，已经为我们铺设好了一条通往新一代数据中心的连接之“道”。想要先人一步抵达终点，这条捷径你一定不要错过！