作者：Poornima Apte

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-12-23

就像管道輸送天然油氣，電纜輸送的是數據，而數據就是用于計算的燃料。

數據和通信設備所需的電纜種類取決于各種因素，包括它們傳輸的流量類型和傳輸距離。例如，用于數據存儲的電纜將流量從計算機傳輸到存儲交換機再傳輸到存儲單元，而網絡通信電纜則將數據從計算機傳輸到網絡交換機再傳輸到路由器。電信流量從基站或電纜盒傳輸到中心局。每種電纜都需要不同類型的電纜。

距離也很重要——布線可以在很短的距離內進行，可以在同一服務器機架內進行，也可以在大樓的不同機架或房間之間進行。不過，也有在整個校園范圍進行布線的需要，并延伸數里。

多年來，由于數據中心的快速發展，布線決策變得越來越重要。

數據中心的興起

人工智能革命依賴于高速數據中心，因為它們是應用的計算骨干。隨著人工智能的爆炸式增長，對數據中心的需求也隨之增長。據麥肯錫公司稱，僅美國對數據中心的需求每年將增長 10%，至少延續至 2030 年。此外，根據 Dell'Oro 集團的一份報告，僅在 2024 年第二季度，數據中心資本支出就增長了近 50%，主要因為人工智能服務器的需求不斷增長。

要滿足人們對高速計算的無限需求，僅靠數據中心數量的增長已遠遠不夠。高性能服務器在數據中心內部和數據中心之間通過互聯傳輸信息時，也面臨著更好、更快和更高吞吐量的壓力。雖然 100 G 網絡曾經是黃金標準，但隨著 IIoT、云計算和人工智能的發展，400 G 部署現在正變得越來越常規。另一個需要關注的數據中心發展是對降低能耗的呼聲越來越高。這意味著數據傳輸速度需要提高，且要更加節能。

這種對更大、更好、更快和更節能計算的需求對數據中心布線意味著什么？最基本的要求是，電纜傳輸數據時要快速、低延遲，而且不會發生數據包丟失或耗費過多電力。電纜還需要在不產生過多熱量的情況下完成這項工作，因為冷卻也需要能量。

雖然數據中心有幾十種設備，包括網絡、冷卻、存儲和電源系統，但本文的重點是典型數據中心機架硬件組件的布線。其中可能包括像交通控制器一樣的交換機，以及將數據從一個系統轉換到另一個系統的收發器。

適合當今數據中心的電纜

大容量通信通常使用三種類型的電纜，如 10 Gbps 或最先進的 400 Gbps。一般的家庭互聯網連接速度不到 1 Gbps。

CAT6 電纜： CAT6 電纜使用 RJ45 接頭，是計算機網絡中傳輸以太網幀的常用電纜。為了與交換機設備連接，它使用 RJ45 收發器將交換機信號轉換成 RJ45 兼容信號，然后再在另一端轉換回來。其延遲時間約為 2.6 ns，可傳送約 100 米。收發器增加了約 4 W 的功耗。

光纖： 光纖常見于視頻和音頻通信，也可用于網絡和數據。它使用光學連接器，需要一個收發器將電能轉換成光能，然后再轉換回電能。一旦轉換為光，光纖的延遲時間約為 0.1 ns，可傳送數百米。但是，它非常挑剔；光纖中的玻璃或塑料不喜歡彎曲，如果末端沾上一?；覊m，容量就會下降。此外，它的成本也很高，尤其是增加了光收發器后，功耗會增加約 4 W。

直連銅纜 (DAC)： DAC 是最簡單、最寬松的布線選擇。它采用銅導線，最適合短距離應用，如同一機架內的組件。DAC 價格低廉，使用靈活，在連接兼容設備時無需收發器即可使用，但只能使用幾米。此外，DAC 不應太靠近電源、大型電池或磁鐵，因為它會受到干擾。

DAC 分無源和有源兩種。無源 DAC 沒有收發器，由于傳輸是無源的，因此它能原封不動地傳輸原始信號。沒有收發器有助于將功耗降至最低。

有源 DAC 內置收發器，還能補償潛在的信號損失，因此在數據中心的長距離應用中更為安全。增加收發器等電子元件會稍稍增加有源 DAC 的功耗，通常約為 1 W。

數據中心使用 DAC 的優勢

在數據中心，數據從一個數據源傳輸到另一個數據源所產生的延遲需要盡可能的短。許多對時間要求極高的應用，如倉庫中的自主移動機器人 (AMR) 或金融領域的日間交易，都需要在瞬間做出決策。DAC 的最大優勢在于它的低延遲性。而 DAC 的這一關鍵特性就是其簡單性的直接結果。它沒有任何復雜的數據必須經過的中間組件，因此設計不那么復雜，也更易于維護。

DAC 也是一種經濟實惠的布線選擇，尤其是無源 DAC，耗電量極低。最大的限制是這些電纜能在不造成太大信號衰減的情況下工作的長度，通常在幾米左右。對于長距離數據傳輸來說，DAC 并不是最有效的，它最適合用于同一機架內或機架之間的短距離連接。其彎曲能力也使之特別適合用于需要連通彼此和通過狹小拐角的密集互連。

[3M]QSFP-DD DAC 電纜組件采用 3M 雙軸電纜技術，打造出了一個靈活、可折疊的高性能解決方案。尤其值得一提的是 QSFP-DD（Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density，四通道小型可插拔雙密度）外形尺寸，這是一種硬件標準，有助于實現更快的連接。SFP 表示電纜是可插入網絡設備的標準形狀和尺寸；"Q" 表示電纜可支持四個數據通道；雙密度可使通過相同物理尺寸連接器的數據量增加一倍。

因此，像 3M 9V4 系列 400 G QSFP-DD 這樣的 DAC 電纜是同類產品中帶寬最高可達 400 Gbps 的產品，可用于連接服務器、交換機、存儲設備和其他高速設備。

數據中心 DAC 的布線設計考慮因素

鑒于無源 DAC 是最經濟、最適合數據中心的低延遲設備，因此值得考慮如何將其集成到數據中心基礎設施機架中。

需要考慮的幾個關鍵因素包括：

• 與硬件兼容：由于電纜需要連接收發器、交換機、路由器等，因此必須確保所選電纜與現有系統兼容，并能適應未來迭代。3M 9V4 系列 400G QSFP-DD 與大多數現代設備兼容。如果數據中心需要將一個高容量端口拆分成多個低容量連接（如從一個 400 Gbps 連接拆分成 4 個 100 Gbps 或 8 個 50 Gbps 連接），該系列還配有分線電纜組件。
• 保持數據信號：DAC 的設計必須考慮到電纜特別容易受到電磁干擾 (EMI)，尤其是來自電源線和電纜的干擾。因此，DAC 數據線必須與電源線明確分開。
• 便于檢修：電纜的位置應便于維修技術人員操作。架空布線通常被視為是更好的接入選擇，因為 DAC 可以從房間的屋頂層層接入，而不需要過長或過多的互連線纜。
• 高效通風和冷卻：技術堆棧會散發大量熱量，因此在管理 DAC 布線時必須考慮到通風方案。這可能會影響設備密度和相關布線要求。
• 可擴展性：技術堆棧不斷變化，DAC 布線必須能夠適應這種變化。對電纜進行分組并有效地進行標記和捆綁，有助于技術人員對整個組件進行統一管理，而不必逐一進行分類。

結語

隨著計算能力的不斷發展，為邊緣人工智能、更多虛擬化和超融合環境留出了空間，預計對相關硬件設備的需求也會隨之發生變化。

未來，機器學習硬件、邊緣數據中心和分布式基礎設施的使用可能會越來越多。具有高級安全性和可持續性的硬件也指日可待。盡管如此，DAC 仍將是電纜選擇類型之一，尤其是在技術機架的短距離互連環境中。其光速般的延遲和總體成本經濟性無可匹敵。因此，DAC 將在數據中心及其他領域繼續發揮作用。

審核編輯 黃宇