Khối lượng lưu lượng kỹ thuật số đổ vào trung tâm dữ liệu tiếp tục tăng; trong khi đó, một thế hệ ứng dụng mới được thúc đẩy bởi những tiến bộ như 5G, AI và giao tiếp giữa máy với máy đang đưa các yêu cầu về độ trễ xuống khoảng phạm vi 1mili giây. Những xu hướng này và các xu hướng khác đang tập trung trong cơ sở hạ tầng của trung tâm dữ liệu—buộc các nhà quản lý mạng phải suy nghĩ tìm cách đi trước một bước với những thay đổi trong tương lai.
Theo truyền thống, hệ thống mạng có 4 cấp độ chính để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về yêu cầu độ trễ thấp hơn và lưu lượng truy cập tăng hơn.
• Giảm mất tín hiệu trong liên kết
• Rút ngắn khoảng cách trong liên kết
• Tăng tốc độ tín hiệu
• Tăng kích thước của đường truyền tải
Trong khi các Trung tâm dữ liệu đang sử dụng cả 4 phương pháp tiếp cận ở một mức độ nào đó, thì trọng tâm chính là cần tăng số lượng cáp quang. Trước đây, hệ thống cáp mạng lõi chứa 24, 72, 144 hoặc 288 sợi quang. Ở các cấp độ này, Trung tâm dữ liệu có thể chạy các sợi quang riêng lẻ giữa phần cáp trục chính và các thiết bị chuyển mạch hoặc các thiết bị máy chủ, sau đó sử dụng các phụ kiện đấu nối cáp để cài đặt một cách hiệu quả. Ngày nay, cáp quang được triển khai nhiều gấp 20 lần số lượng core quang trên mỗi sợi cáp.
Số lượng sợi quang nhiều hơn kết hợp với cấu trúc cáp nhỏ gọn đặc biệt rất hữu ích khi kết nối các Trung tâm dữ liệu với nhau. Hệ thống cáp trunking (Data Center Interconnection - DCI) với số lượng sợi quang từ 3.000 trở lên là phổ biến để kết nối hai hệ thống trung tâm dữ liệu lớn, và các nhà vận hành đang lên kế hoạch tăng gấp đôi khả năng thiết kế trong tương lai gần. Bên trong trung tâm dữ liệu, các khu vực có vấn đề bao gồm phần cáp trục chính chạy giữa các core switch hoặc từ các phòng tiêu chuẩn đến các access witch.
Cho dù cấu hình Trung tâm dữ liệu yêu cầu kết nối Point – to – Point (điểm tới điểm) hoặc Switch – to – Switch (chuyển mạch tới chuyển mạch), việc số lượng sợi cáp quang tăng lên cũng là một thách thức không nhỏ cho các Trung tâm dữ liệu về việc cung cấp băng thông lớn và dung lượng cao tại nơi cần thiết.
Số lượng cáp quang khổng lồ tạo ra hai thách thức lớn cho Trung tâm dữ liệu. Đầu tiên là làm thế nào để triển khai nó một cách nhanh và hiệu quả nhất, làm thế nào để đi cáp trong ống, làm thế nào để bạn lấy nó ra khỏi ống, làm thế nào để bạn chạy nó giữa các tuyến cáp qua các con đường? Sau khi cài đặt xong, thử thách thứ hai là làm thế nào để bạn có thể quản lý nó, làm thế nào để đấu nối nó tới hệ thống Switch và Server Rack?
1. Cáp quang cuộn ribbon (ribbon fiber)
Sự phát triển của mạng quang và cáp quang đã liên tục đáp ứng nhu cầu về đường truyền dữ liệu lớn và nhanh hơn. Khi những nhu cầu này tăng lên, cách thức thiết kế và đóng gói sợi quang trong cáp đã được cải tiến, cho phép trung tâm dữ liệu tăng số lượng sợi quang trong cấu trúc cáp mà không cần tăng diện tích cáp. Cáp quang sợi ruy-băng gập được là một trong những mắt xích mới nhất trong chuỗi đổi mới này.
Cáp quang Ribbon có
thể được cuộn và xếp trồng lên nhau tại các điểm không liên tục
Cáp sợi ruy băng gập được một phần dựa trên sự phát triển trước đó của cáp ruy băng có ống trung tâm. Được giới thiệu vào giữa những năm 1990, chủ yếu dành cho các mạng OSP, cáp ruy-băng ống trung tâm có các ngăn ruy-băng lên tới 864 sợi trong một ống đệm trung tâm duy nhất. Các sợi được nhóm lại và liên kết liên tục dọc theo chiều dài của cáp, giúp tăng độ cứng của cáp. Mặc dù điều này ít ảnh hưởng khi triển khai cáp trong ứng dụng OSP, nhưng trong trung tâm dữ liệu, cáp cứng là điều không mong muốn do các hạn chế về định tuyến mà các cáp này yêu cầu.
Trong cáp quang dạng sợi ruy-băng gập được, các sợi quang được gắn kết không liên tục để tạo thành một mạng lưới lỏng lẻo. Cấu hình này làm cho dải băng trở nên linh hoạt hơn cho phép các nhà sản xuất tải tới 3.456 sợi vào một ống dẫn 2 inch, gấp đôi so với mật độ của các sợi quang được đóng gói thông thường. Cấu trúc này làm giảm bán kính uốn cong giúp cho các loại cáp này hoạt động dễ dàng hơn bên trong không gian chật hẹp của trung tâm dữ liệu.
Bên trong cáp, sợi quang được liên kết không liên tục tạo ra tính linh hoạt giúp dễ dàng uốn cong và quản lý trong không gian chật hẹp. Ngoài ra, cáp sợi quang cuộn có thiết kế hoàn toàn không chứa gel, giúp giảm thời gian chuẩn bị cho quá trình nối sợi quang và giảm chi phí nhân công. Liên kết không liên tục vẫn giữ được sự căn chỉnh của sợi quang cần thiết cho việc nối sợi quang theo phương pháp liên kết phổ biến.
2. Giảm đường kính cáp
Trong nhiều thập kỷ, hầu hết các sợi quang viễn thông đều có đường kính phủ bọc gần đúng là 250 micron. Tuy nhiên, với nhu cầu ngày càng tăng về cáp nhỏ hơn, điều đó đã bắt đầu thay đổi. Nhiều thiết kế cáp đã đạt đến giới hạn thực tế về giảm đường kính với sợi quang tiêu chuẩn. Tuy nhiên, sợi quang nhỏ hơn cho phép giảm kích thước hơn. Hiện nay, các sợi quang có đường kính phủ bọc 200 micron đang được sử dụng trong cáp dạng sợi ruy-băng gập được và micro-duct.
Việc cần nhấn mạnh là lớp phủ bảo vệ chỉ là phần duy nhất của sợi quang mà đã được thay đổi. Các sợi quang với bảo vệ phủ 200 micron vẫn giữ đường kính lõi/lớp bọc 125 micron của các sợi quang thông thường để đảm bảo tính tương thích trong các hoạt động nối sợi. Sau khi lớp phủ được gỡ bỏ, quy trình nối sợi cho sợi quang bảo vệ 200 micron tương tự như với các sợi quang bảo vệ 250 micron.
Đối với hiệu suất quang học và khả năng tương thích mối nối, sợi quang 200 micron có cùng lõi/vỏ 125 micron như sợi quang thay thế 250 micron. (Nguồn: Tạp chí ISE)
3. Các Chipset mới đang tạo nên thách thức lớn hơn
Tất cả các máy chủ trong một hàng được cung cấp để hỗ trợ một tốc độ kết nối nhất định. Tuy nhiên, trong các mạng siêu tập trung hiện nay, rất hiếm khi tất cả các máy chủ trong một hàng sẽ cần phải chạy ở tốc độ tối đa cùng một lúc. Sự khác biệt giữa băng thông upstream yêu cầu của máy chủ và băng thông downstream đã được cung cấp được biết đến là "oversubscription" hoặc "contention ratio". Ở một số khu vực trong mạng, chẳng hạn như liên kết chuyển mạch trung gian (ISL), tỷ lệ oversubscription có thể lên đến 7:1 hoặc 10:1. Việc lựa chọn tỷ lệ oversubscription cao hơn có thể hấp dẫn để giảm chi phí chuyển mạch, tuy nhiên, hầu hết các thiết kế mạng trung tâm dữ liệu hiện đại nhắm đến 3:1 hoặc ít hơn để cung cấp hiệu suất mạng hàng đầu thế giới.
Việc quá tải trở nên quan trọng hơn khi xây dựng mạng máy chủ lớn. Khi khả năng băng thông kết nối switch-to-switch (chuyển mạch tới chuyển mạch) tăng, số lượng kết nối thiết bị chuyển mạch giảm. Điều này đòi hỏi nhiều lớp mạng leaf-spine để đạt được số lượng kết nối máy chủ cần thiết với mỗi liên kết switch to switch (chuyển mạch tới chuyển mạch) góp phần vào tỷ lệ quá tải chung của mạng. Mỗi lớp thiết bị chuyển mạch đều tăng chi phí, năng lượng và độ trễ. Công nghệ chuyển mạch đã tập trung vào vấn đề này, thúc đẩy sự tiến hóa nhanh chóng trong việc sản xuất các ASIC chuyển mạch silicon của nhà bán lẻ. Vào ngày 9 tháng 12 năm 2019, Broadcom Inc. bắt đầu vận chuyển thiết bị chuyển mạch StrataXGS Tomahawk 4 (TH4) mới nhất - cho phép 25,6 Tbps của khả năng chuyển mạch Ethernet trong một ASIC duy nhất. Điều này xảy ra chưa đầy hai năm sau khi giới thiệu Tomahawk 3 (TH3), có tốc độ 12,8 Tbps trên mỗi thiết bị.
Những ASICs này không chỉ tăng tốc độ làn mà còn tăng số cổng mà chúng có. Trung tâm dữ liệu có thể giữ tỷ lệ chồng chéo trong kiểm soát. Một thiết bị chuyển mạch được xây dựng với một ASIC TH3 duy nhất hỗ trợ 32 cổng 400G. Mỗi cổng có thể được chia thành tám cổng 50GE cho việc kết nối máy chủ. Các cổng có thể được nhóm lại để tạo ra kết nối 100G, 200G hoặc 400G. Mỗi cổng chuyển mạch có thể di chuyển giữa một cặp, hai cặp, bốn cặp hoặc tám cặp sợi trong cùng một vị trí QSFP.
Mặc dù có vẻ phức tạp, nhưng nó rất hữu ích để giúp loại bỏ tình trạng quá tải. Các thiết bị chuyển mạch mới này giờ đây có thể kết nối tới 192 máy chủ trong khi vẫn duy trì tỷ lệ đồng ý 3:1 và tám cổng 400G cho kết nối leaf-spine. Thiết bị chuyển mạch này giờ đây có thể thay thế 6 thiết bị chuyển mạch thế hệ trước.
Các thiết bị chuyển mạch TH4 mới sẽ có 32 cổng 800Gb. Tốc độ làn ASIC đã được tăng lên 100G. Các thông số kỹ thuật quang và điện mới đang được phát triển để hỗ trợ các làn 100G. Hệ sinh thái mới 100G sẽ cung cấp một cơ sở hạ tầng tối ưu hơn phù hợp với các yêu cầu của các khối lượng công việc mới như học máy (ML) hoặc trí tuệ nhân tạo (AI). Trong khi trước đây các nhà cung cấp chỉ cung cấp sản phẩm, không phải là giải pháp được thiết kế kỹ lưỡng, nhưng hiện nay không còn như vậy nữa. Với nhiều điều cần biết và nhiều thứ đang được đặt vào cuộc, các nhà cung cấp đã chuyển sang trở thành đối tác công nghệ, quan trọng cho sự thành công của trung tâm dữ liệu như các nhà thiết kế hoặc nhà tích hợp hệ thống.
4. Vai trò phát triển của nhà cung cấp cáp
Trong môi trường phức tạp và linh động này, vai trò của nhà cung cấp dây cáp đang trở nên quan trọng hơn. Trong khi dây cáp sợi quang có thể từng được coi là một thứ yếu, nhưng hiện nay nó được coi là một phần cốt lõi của hệ thống trung tâm dữ liệu. Nhà cung cấp dây cáp hiện đang cung cấp những giải pháp tùy chỉnh cho các khách hàng của mình để đảm bảo rằng các hệ thống của họ sẽ được thiết kế và triển khai với hiệu suất và tính sẵn sàng cao nhất.
Chủ sở hữu và nhà điều hành trung tâm dữ liệu ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào các đối tác cáp để tận dụng chuyên môn của họ trong việc kết thúc sợi quang, hiệu suất bộ thu phát, thiết bị kết nối và kiểm tra, và nhiều hơn nữa. Vai trò gia tăng này đòi hỏi đối tác cáp phát triển các mối quan hệ làm việc gắn bó hơn với những người liên quan đến hệ sinh thái cơ sở hạ tầng cũng như các tổ chức tiêu chuẩn.
Khi các tiêu chuẩn ngành và các thỏa thuận đa nguồn (MSA) tăng lên và cung cấp tốc độ làn đường tăng nhanh, đối tác cung cấp dây cáp đóng vai trò quan trọng hơn trong việc cho phép lộ trình công nghệ của trung tâm dữ liệu. Hiện nay, các tiêu chuẩn liên quan đến 100G/400G và tiến hóa 800G bao gồm một loạt các phương án phức tạp. Trong mỗi tùy chọn, có nhiều phương pháp có sẵn để vận chuyển dữ liệu, bao gồm duplex, parallel và chia bước sóng, mỗi loại có ứng dụng được tối ưu hóa riêng. Thiết kế cơ sở hạ tầng cáp nên được thiết kế để hỗ trợ nhiều tùy chọn vận chuyển này càng nhiều càng tốt trong suốt vòng đời của nó.
5. Tất cả hướng tới sự cân bằng
Với sự gia tăng số lượng sợi quang, không gian có sẵn trong trung tâm dữ liệu sẽ tiếp tục thu hẹp. Tuy nhiên, không gian có sẵn trong trung tâm dữ liệu không nhất thiết phải tăng theo tốc độ tăng số lượng sợi quang. Người ta mong đợi các thành phần khác, đặc biệt là máy chủ và tủ rack, sẽ cung cấp nhiều hơn trong một không gian nhỏ hơn.
Không chỉ có không gian là yếu tố cần tối đa hóa. Kết hợp các cấu hình sợi quang mới như cáp sợi quang cuộn với kích thước cáp giảm và các kỹ thuật điều chế tiên tiến, người quản lý mạng và đối tác cáp của họ có rất nhiều công cụ trong tay. Họ sẽ cần tất cả các công cụ này.
Nếu tốc độ tiến hóa của công nghệ là dấu hiệu cho thấy điều gì đang chờ đợi phía trước, các trung tâm dữ liệu - đặc biệt là ở mức siêu quy mô và đám mây phải chuẩn bị tốt hơn. Khi yêu cầu băng thông và các dịch vụ tăng lên và độ trễ trở thành yếu tố quan trọng hơn đối với người dùng/máy tính cuối, càng nhiều sợi quang sẽ được đẩy sâu hơn vào mạng.
Các cơ sở dữ liệu quy mô siêu lớn (hyperscale) và đám mây (cloud) đang gặp áp lực ngày càng tăng để cung cấp kết nối cực kỳ đáng tin cậy cho một số người dùng, thiết bị và ứng dụng đang ngày càng tăng. Khả năng triển khai và quản lý số lượng sợi quang ngày càng tăng là cần thiết để đáp ứng những nhu cầu này.
Mục tiêu là đạt được sự cân bằng bằng cách cung cấp đúng số lượng sợi quang cho thiết bị phù hợp, đồng thời hỗ trợ bảo trì và quản lý tốt và hỗ trợ mở rộng trong tương lai. Vì vậy, hãy đặt mục tiêu của bạn và có một đối tác đáng tin cậy như QD.TEK.
Nguồn: Data Center Trends
-----------------
QD.TEK tự hào là nhà phân phối hàng đầu của CommScope tại thị trường Việt Nam.
Liên hệ với nhân viên bán hàng QD.TEK (TẠI ĐÂY) để biết thêm thông tin chi tiết hoặc qua email info@qdtek.vn.