新型数据中心，数据中心新技术

2023年上半年，肯定有很多人被ChatGPT刷屏了。这种基于庞大数据集训练，可以瞬间生成文本、视频、音频、图形等内容的“生成式AI”，带给人们颠覆性的体验。之后科技圈掀起了新一波AI热潮。

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毫不夸张地说，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的未来趋势给出更加乐观的预期。有分析数据显示，到2030年，AI将形成价值2万亿美元的产业，从汽车到量子计算、软件开发、基因组学、数据挖掘，将成为未来AI发展的重点。

随着AI应用的扩展，需要挖掘和处理更大规模的数据，新的挑战正在出现。这些挑战的压力很大一部分会落在数据中心身上。毕竟作为我们智能时代的“云大脑”，数据中心输出的计算资源是不可替代的。虽然在云计算和物联网的推动下，数据中心在过去的20年里取得了长足的进步，但面对AI这个计算能力消耗惊人的“怪兽”，人们必须提前做好准备，满足自己的“胃口”。

构建新一代数据中心需要多方面的技术考虑，例如更高性能的计算架构、更高容量的高速存储、更高的配电系统、更高效的冷却技术以及更智能的运维管理...但是，有一个非常重要的问题是无法回避的，那就是更高速度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的发展(来源:Molex)

新一代数据中心的连接技术

事实上，连接技术的进步一直都是在一路奔跑中与数据中心的发展捆绑在一起的。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次演进将集中在两个方面。

1高速率

一方面自然是追求更高的数据传输速率，这也是数据中心升级路上的核心技术指标。

根据中国信息通信技术研究院的研究报告，2018年以来，行业推出并部署了面向大规模云计算数据中心和高性能计算应用场景的400G交换机。从2022年开始，400G架构将逐渐成为数据中心的主流，然后从2023年开始，800G方案也将进入快速发展期。而我们有理由相信，生成性AI的大火，将加速整个技术升级的进程。

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56Gbps PAM-4速率的单通道产品已经成熟，112Gbps PAM-4技术的商用普及率也在快速提升。此外，像Molex这样的连接器头制造商也开始开发224 Gbps-PAM4-4解决方案，以确保快速发展到800G总带宽或更高性能的技术节点。

2新架构

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

众所周知，随着数据中心的应用场景越来越多、越来越复杂，在数据中心的建设中不仅要考虑综合性能的提升，还要从不同方向、不同场景优化解决方案，以满足更多细分市场的需求，这对数据中心的整体架构设计提出了挑战。

因此，2011年，脸书联合英特尔、Rackspace、高盛和Arista Networks发起了OCP开放计算项目，旨在通过开放开源硬件技术，实现可扩展计算，提高数据中心硬件设计的效率。这个项目得到了积极的响应。全球数百家企业和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、机架和电源、AI、边缘计算等项目开展卓有成效的工作，以构建开放、可扩展的数据中心架构。根据IDC的预测，2019年至2024年，OCP基础设施的市场规模将保持16.6%的复合年增长率，达到338亿美元，OCP标准服务器的占比也将从2020年的18%提升至24%。

新一代数据中心标准OCP对相关连接技术的影响是显而易见的。以数据库机架和电源设计为例，为了进一步提高部署密度和能效，OCP发起了开放式机架项目，这也是OCP社区最具影响力的标准项目之一。随着市场和技术的发展，原来广泛使用的开放式Rack2.0标准已经达到物理极限，难以满足AI等新兴应用的需求。走向Open Rack3.0(ORV3)是不可阻挡的趋势。据悉，ORV3将支持48V供电、水冷散热，并将高度从41OU提升至44OU，并调整内部结构以满足新的业务需求。随着标准的演进，连接技术必须与之保持同步，以提供更强的连接性、更高的可靠性和更多的灵活性，使数据中心架构升级的旅程更加顺畅。

可见，数据中心已经成为连接技术发展的重要推手，连接技术只有顺应数据中心的发展趋势，找到自己的发展之路，才能跟上技术和市场的步伐。

Molex在探索高速数据中心连接方面有很多经验和成果。近年来，Molex一直紧跟数据中心技术升级的步伐，推出大量产品和创新解决方案，帮助客户应对复杂或前瞻性的数据中心设计挑战。

突破高速IO接口的限制

在支持更高的数据传输速率方面，考验连接器厂商实力的代表性产品是高速可插拔IO连接器。在小型封装(SFF)委员会多源协议(MSA)的推动下，高速可插拔IO系统一直在向高速、高密度方向快速演进，为数据中心等高性能计算应用提供了强有力的支持。

在MSA系列标准中，QSFP-DD标准是可以同时显示高速和高密度特性的标准。QSFP-DD互连系统与上一代QSFP相同，但通道数量从4个增加到8个，连接面板的密度增加了一倍，共包括256个差分线对和32个端口，换句话说，它可以在相同的外形尺寸内提供双通道连接密度。因此，QSFP-DD互联系统的8路电气接口基于28G NRZ、56G PAM-4、112G PAM-4的单通道传输速率，聚合速率可达200Gbps、400Gbps或800Gbps，并向下兼容QSFP标准。

Molex的QSFP-DD互连系统和电缆组件是根据该标准构建的高速可插拔IO解决方案。它支持28Gbps NRZ和56Gbps PAM-4，可以满足或超过当前200G以太网和InfiniBand 100G (EDR)应用的要求。它还支持传统的10Gbps以太网、14Gbps (FDR) InfiniBand和16Gbps光纤通道应用，其电缆组件符合IEEE 802.3bj、InfiniBand EDR和SAS 3.0的规范，适用于各种下一代技术和应用。

同时，其接头设计采用窄边、耦合盲插、异形触点配置和嵌件成型方案，可提供出色的信号完整性(SI)性能和极低的插入损耗(IL)。耐用的不锈钢外壳也有助于实现更好的EMI保护和抵抗外力的影响。再加上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(来源:Molex)

支持无缝背板互连性能升级

在高性能数据中心中，背板互连是至关重要的一环。相关背板连接器既要满足更高的传输速率和提供更高的连接密度，又要最小化插入损耗和实现更好的信号完整性，还要考虑系统设计的灵活性和扩展性。

Molex的Impel背板连接器系统就是这样一个解决方案，信号完整性极佳，连接密度高，数据速率高达40 Gbps(Impel Plus支持的速度可达56Gbps)。同时，由于向后和向前兼容，Impel背板连接器还可以方便整个系统的扩展和升级。

当然，上面的介绍只是概述了Impel背板连接器的概况。事实上，为了达到这样的特性，实现高速高质量的数据传输，Impel背板连接器经历了一系列的优化设计。

●采用交错引脚接口，提供良好的信号完整性和机械隔离，避免插拔时引脚弯曲。

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设计人员提供信号路由和四路布线的灵活性(每层两对)，从而减少PCB层数。

●接地尾对准器可以改善接地回路，最小化阻抗不连续性，降低串扰。

0.36mm的增强型金属化孔径可以满足制造纵横比，提高电气性能。

●无时滞设计，无需补偿PCB布线上的连接器时滞。

●两个引脚兼容的连接选项，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，并提高机械和电气性能。

●符合IEEE 10GBASE-KR和OIF Stat Eye的信道性能，提供端到端的信道性能兼容性。

●可提供定制电缆组件，并可提供完整的通道解决方案，以满足应用规范的设计灵活性。

综上所述，紧凑型Impel背板互联系统为数据中心背板连接迁移到40Gbps或更高提供了可靠灵活的解决方案，无需完全重新设计其架构或更换原有硬件，有助于实现数据中心性能的无缝升级。

图3: Molex的Impel背板连接器系统(来源:Molex)

满足新一代分布式架构的设计要求

在数据中心中，安全可靠的供电对实现高效运行至关重要，这需要灵活可靠的配电网来提供支撑，而总线和总线连接器是数据中心配电网的支柱。

Molex的PowerPlane总线电源连接器和电缆组件可以满足此类设计要求。这些电源连接器和电缆组件可以提供高电流性能和各种配置和功能选项，具有更高的可靠性和增强的性能，非常适合数据中心的各种配电应用。

特别是，PowerPlane电缆组件还符合新的OCP ORV3标准，可以满足下一代数据中心对更高效、更灵活的配电架构的需求。

图4:符合ORV3标准的电源面板电缆组件(来源:Molex)

从具体的产品特性来看，PowerPlane电缆组件在提高性能、可靠性和易用性方面有很多值得注意的地方。

●支持纵横两个方向3.00 m浮动，可以充分补偿插入时的错位，方便易用。

●提供可选的集成底盘接地触点，可以简化系统设计，无需单独的辅助接地连接。

●可靠的焊接端子可以支持与各种线束的端接，它们还可以提供低压降，以实现优异的电气性能。

●符合ORV3 IT的电缆组件两侧设置可选检测触点，支持控制器热插拔，实现系统保护。

可以看出，符合OCP ORV3标准的PowerPlane线缆组件为满足新一代数据中心配电架构的设计要求做足了功课。

图5:5:power plane电缆组件的主要特征(来源:Molex)

本文摘要

AI技术的发展及其在各个领域日益广泛的应用，正在改变我们处理和使用数据的方式，也为数据中心的发展带来了新的转折点。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步伐，享受下一波市场红利的关键。

好消息是，Molex通过先进的产品和完整的解决方案为我们连接到新一代数据中心铺平了道路。如果你想领先一步到达终点，你一定不能错过这条捷径！