Οι βύσματα σύνδεσης I/O θα εξελιχθούν από τις τρέχουσες προδιαγραφές Ethernet 40G/100Gb/s και ασύρματου EDR σε εκδόσεις 800Gb και υψηλότερες.
Τα τελευταία 50 χρόνια, τα ποσοστά μεταφοράς δεδομένων έχουν αυξηθεί σημαντικά. Η δυνατότητα δημιουργίας δισεκατομμυρίων τρανζίστορ σε ένα μόνο τσιπ αυξάνει την ταχύτητα και την επεξεργαστική ισχύ εκθετικά. Η είσοδος και η έξοδος δεδομένων εξαρτώνται από τη σύνδεση της υποδοχής εισόδου/εξόδου. Οι υποδοχές εισόδου/εξόδου παίζουν βασικό ρόλο στο σύστημα. Εάν δεν συμβαδίζουν με την ταχύτητα ροής δεδομένων, μπορεί να προκαλέσουν σοβαρά σημεία συμφόρησης. Ο μηχανικός πρέπει να διασφαλίσει ότι η θύρα εισόδου/εξόδου δεν περιορίζει την απόδοση μετάδοσης υψηλής ταχύτητας.
Εκτός από τη δυνατότητα να υποστηρίζουν ρυθμούς δεδομένων υψηλής ταχύτητας, τα εξαρτήματα πρέπει επίσης να παρέχουν ευελιξία στο σχεδιασμό του προϊόντος, επιτρέποντας γρήγορη διαμόρφωση ή αναβάθμιση του συστήματος. Ως στοιχείο διέλευσης για ενεργά και παθητικά καλώδια και οπτικές ίνες, η εξαιρετική απόδοση είναι πολύ ελκυστική.
Η πυκνότητα του πίνακα εισόδου/εξόδου είναι ένας άλλος βασικός παράγοντας στο σχεδιασμό του συστήματος. Ο τυπικός εξοπλισμός που είναι τοποθετημένος σε ράφι απαιτεί το μέγεθος της υποδοχής εισόδου/εξόδου να είναι τόσο μικρό όσο 1RU (1,75&"υψηλό), να καταλαμβάνει όσο το δυνατόν λιγότερο χώρο, να μεγιστοποιεί τον αριθμό των καναλιών και να παρέχει χώρο για αεραγωγούς ψύξης. Χωρίς τερματισμό λειτουργίας του συστήματος Η δυνατότητα έλξης και σύνδεσης της διεπαφής είναι ιδιαίτερα σημαντική σε εφαρμογές δικτύου.
Αξίζει να ενθαρρυνθεί η πραγματοποίηση συμβατότητας προϊόντων ή τυποποίησης προϊόντων μεταξύ διαφορετικών προμηθευτών. Οι τυποποιημένοι βύσματα εισόδου/εξόδου μικρού μεγέθους παρέχουν μια οικονομικά αποδοτική λύση.
Οι συνδεδεμένες διεπαφές εισόδου/εξόδου, συμπεριλαμβανομένων των μικρών pluggable SFP και QSFP, έχουν περάσει από μια συνεχή επαναληπτική διαδικασία και η απόδοση και η πυκνότητα του πίνακα αναβαθμίζονται συνεχώς. Συνήθως εγκαθίστανται στο PCB του πλαισίου στερέωσης, διαμορφώνονται με τη μονάδα και έχουν υψηλή ταχύτητα και δυνατότητα εναλλαγής θερμότητας. Αυτή η αρθρωτή έννοια επιτρέπει στους μηχανικούς να ανταλλάσσουν άμεσα συνδεδεμένα καλώδια χαλκού, ενεργά οπτικά καλώδια και οπτικούς πομποδέκτες. Αυτός ο σύνδεσμος παρέχει μηχανικό περιορισμό για τη μονάδα και παρέχει απόδοση απομόνωσης θερμότητας και απομόνωσης ραδιοσυχνοτήτων για τη μονάδα.
Αυτοί οι σύνδεσμοι εξελίχθηκαν γρήγορα σε μια μονάδα pluggable μικρού μεγέθους, από το αρχικό SFP έως τις πιο πρόσφατες διαμορφώσεις QSFP και OSFP διπλής πυκνότητας.
Οι πρώτες ηλεκτρικές και μηχανικές προδιαγραφές της διεπαφής SFP κυκλοφόρησαν από την Επιτροπή SFF το 2001 και προωθήθηκαν μέσω του Οργανισμού Συμφωνίας Πολλαπλών Πηγών (MSA) που αποτελείται από χρήστες της βιομηχανίας και κατασκευαστές συνδετήρων. Χρησιμοποιείται για την υποστήριξη εφαρμογών δικτύου στο Gigabit Ethernet και το Fiber Channel. Αυτή η μονάδα με δυνατότητα εναλλαγής θερμότητας επιτρέπει ρυθμούς μετάδοσης έως 1.0Gb/s σε χαλκό και οπτικές ίνες. Η αρχική προδιαγραφή SFP αναβαθμίστηκε σε SFP + με εύρος ζώνης 10Gb/s διατηρώντας παράλληλα συμβατότητα προς τα πίσω. Μεταγενέστερες αναβαθμίσεις αύξησαν το εύρος ζώνης στα 28Gb/s. Η τελευταία έκδοση του SFP είναι ο οπτικός πομποδέκτης SFP56, ο οποίος χρησιμοποιεί διαμόρφωση PAM4 για να παρέχει σύνδεση Ethernet 50Gb/s.
Οι σύνδεσμοι QSFP θα αναπτυχθούν περαιτέρω. Το QSFP παρέχει τέσσερα υψηλής ταχύτητας χάλκινα κανάλια ή οπτικά κανάλια. Τα στοιβαγμένα και ομαδοποιημένα κλουβιά αυξάνουν την πυκνότητα των θυρών.
Η αρχική βαθμολογία του QSFP είναι 1Gb/s. Μέσω της αναβάθμισης, η βαθμολογία των καναλιών QSFP 4 μπορεί να είναι 10Gb/s και το συνολικό εύρος ζώνης είναι 40Gb/s. Σχεδιάζοντας το μήκος της διαδρομής του εσωτερικού σήματος, τη διάταξη EMI και PCB, ο ρυθμός καναλιού QSFP28 μπορεί να φτάσει τα 25Gb/s. Το QSFP56 μπορεί να φτάσει τα 50Gb/s κανάλι. Το συνολικό εύρος ζώνης των τεσσάρων καναλιών μπορεί να υποστηρίξει Ethernet 40Gb, 100Gb και 200Gb.
Η προδιαγραφή 400GbE κυκλοφόρησε το 2017. Δύο νέες συνδέσεις pluggable υποστηρίζουν αυτήν τη στιγμή 200Gb και 400Gb, πρωτοστατώντας στις εφαρμογές Ethernet.
Αυτή η προδιαγραφή υποστηρίζει ηλεκτρικές διασυνδέσεις 8 λωρίδων και κάθε κανάλι μπορεί να μεταδώσει διαμορφωμένα σήματα 25Gb/s NRZ ή 50Gb/sPAM4. Το συνολικό εύρος ζώνης κάθε μονάδας μπορεί να φτάσει τα 200Gb ή τα 400Gb/s. Έως 36 συνδετήρες QSFP-DD μπορούν να εγκατασταθούν σε έναν τυπικό πίνακα μετατροπής 1RU και ο συνολικός ρυθμός ροής μπορεί να φτάσει τα 14,4Tb/s.
Το σύστημα διασύνδεσης QSFF-DD της Molex διαθέτει ηλεκτρική διεπαφή 8 λωρίδων που μπορεί να μεταδώσει έως 28Gb/s NRZ ή 56Gb/sPAM-4 και το συνολικό εύρος ζώνης μπορεί να φτάσει τα 200 ή 400Gb/s.
Το νέο κλουβί QSFP-DD είναι συμβατό με όλες τις προηγούμενες μονάδες QSFP. Η μέγιστη ισχύς της μονάδας είναι έως 12 watt.
Το κλουβί που υποστηρίζει την οπτική μονάδα βασίζεται σε εξωτερική ψύκτρα. Τα παθητικά καλώδια QSFP-DD μπορούν να εκτείνονται από 3 μέτρα έως 10 χιλιόμετρα. Ο σύνδεσμος OSFP είναι το πιο πρόσφατο όπλο για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας στο κέντρο δεδομένων επόμενης γενιάς.
Οι συνδετήρες OSFP της Amphenol ICC είναι συμβατοί με πρωτόκολλα σήματος PN4 καναλιών λωρίδας 25Gb/s και 50G/κανάλι διαδρόμου, τα οποία επιτρέπουν στα καλώδια να παρέχουν συνολικό εύρος ζώνης 200G και 400G για κάθε διάταξη καλωδίων.
Το OSFP είναι παρόμοιο με το βύσμα QSFP-DD σε απόδοση και σχήμα, αλλά υπάρχουν ορισμένες διαφορές. Οι σύνδεσμοι OSFP είναι ελαφρώς ευρύτεροι και βαθύτεροι από το QSFP. Στη διάταξη μπορούν να εγκατασταθούν έως και 32 θύρες OSFP. Οι οπτικές μονάδες OSFP μπορούν να υποστηρίξουν έως 15 watt, ενώ το QSFP-DD μπορεί να υποστηρίξει μόνο 12 watt. Η ψύκτρα είναι ενσωματωμένη στη μονάδα OSFP. Και οι δύο διεπαφές μπορούν να παρέχουν 8 κανάλια με 50Gb/s PAM4.
Έχουν κυκλοφορήσει ορισμένες νέες προδιαγραφές διεπαφής για την προώθηση της ανάπτυξης συνεκτικής οπτικής μετάδοσης 400Gb. Η προδιαγραφή 400ZR που αναπτύχθηκε από το Optical Interoperability Forum (OIF) και κυκλοφόρησε το 2020 καθορίζει τις απαιτήσεις για μια σύνδεση 400G μήκους 120 χιλιομέτρων από σημείο σε σημείο. Το OpenZR + MSA παρέχει προδιαγραφές για το ρυθμό μετάδοσης των οπτικών καλωδίων 100G, 200G, 300G και 400G, με μήκος έως 480 χιλιόμετρα. Και οι δύο προδιαγραφές καθορίζουν τις απαιτήσεις μονάδας πομποδέκτη QSFP-DD ή OSFP με δυνατότητα σύνδεσης.
Αναμένεται ότι τα κανάλια 400Gb θα παρέχουν αρκετό εύρος ζώνης για την υποστήριξη των απαιτήσεων του δικτύου, αλλά οι πρόσφατες προβλέψεις της Ethernet Alliance δείχνουν ότι η κίνηση δεδομένων θα αυξηθεί σημαντικά τα επόμενα πέντε χρόνια. Ως εκ τούτου, το IEEE ξεκίνησε μια ερευνητική ομάδα Ethernet για να καθορίσει την τεχνική σκοπιμότητα, τις δυνατότητες της αγοράς και το χρονοδιάγραμμα της επόμενης επανάληψης του Ethernet. Επί του παρόντος, εξετάζονται 800GbE και 1.6TbE. Η Google, το Facebook, η Microsoft, η Intel, η Cisco και η Broadcom διαφωνούν για τη διαμόρφωση (PAM4, 6, 8), τον αριθμό των καναλιών και το μέγιστο εύρος ζώνης, τον απαιτούμενο βαθμό διόρθωσης σφαλμάτων και τη διαχείριση ισχύος/θερμότητας.
Οι προβλέψεις δείχνουν ότι η κίνηση δεδομένων της αγοράς θα φτάσει τα 51,2 Tb το 2022, πράγμα που θα απαιτήσει οπτικές διεπαφές 800G.
Το νέο MSA με δυνατότητα σύνδεσης οπτικών ινών 800G εστιάζει σε συνδέσεις κέντρου δεδομένων 2 χιλιομέτρων και χρησιμοποιεί σηματοδότηση βασισμένη σε PAM4 για τη δημιουργία καναλιών ινών 8X100Gb και 4X200Gb χρησιμοποιώντας QSFP112-DD ή OSFP32.
Οι σχεδιαστές συστημάτων αντιμετωπίζουν την ισορροπία μεταξύ της αύξησης του εύρους ζώνης, της ακεραιότητας του σήματος, της μείωσης ισχύος, της θερμικής διαχείρισης, της αυξημένης πυκνότητας του πίνακα εισόδου/εξόδου κ.λπ., και φυσικά την ανάγκη μείωσης του κόστους. Η χρήση συνεκτικής και οπτικής πυκνότητας τεχνολογίας μετάδοσης πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (DWDM) θα καταστήσει δυνατή αυτήν την επανάσταση.
Αναμένουμε ότι λόγω της ζήτησης για μεγαλύτερο εύρος ζώνης, οι αντίστοιχοι σύνδεσμοι θα αποκτήσουν ταχεία ανάπτυξη. Η εκρηκτική ανάπτυξη των κινητών ηλεκτρονικών προϊόντων, η συνεχής υιοθέτηση υπηρεσιών cloud, το Διαδίκτυο των πραγμάτων, η βιομηχανία 4.0, η τεχνητή νοημοσύνη και τα αναδυόμενα δίκτυα 5G θα απαιτήσουν συνεχείς αναβαθμίσεις της υποδομής των κέντρων δεδομένων.
Στο μέλλον, αναδυόμενες τεχνολογίες όπως η συνεργατική οπτική συσκευασίας μπορεί να γίνουν πιο προηγμένες λύσεις για τη μετάδοση δεδομένων υψηλής ταχύτητας. Ο OIF ανακοίνωσε πρόσφατα την ίδρυση ενός νέου έργου για τη μελέτη της εφαρμογής κοινών πακέτων οπτικών στα κέντρα δεδομένων.
Η βελτιωμένη έκδοση του pluggable I/O connector θα καλύπτει τις τρέχουσες ανάγκες Ethernet 40G/100Gb/s και τις μελλοντικές τεχνικές απαιτήσεις 800Gb και άνω.
