Adaptación a mayores cantidades de fibra en el centro de datos

El volumen de tráfico digital que ingresa al centro de datos continúa aumentando; Mientras tanto, una nueva generación de aplicaciones impulsadas por avances como 5G, AI y comunicaciones de máquina a máquina están llevando los requisitos de latencia al rango de un milisegundo. Estas y otras tendencias convergen en la infraestructura del centro de datos, lo que obliga a los administradores de red a repensar cómo pueden mantenerse un paso adelante de los cambios.

Tradicionalmente, las redes han tenido cuatro elementos principales con las que satisfacer las crecientes demandas de menor latencia y mayor tráfico.

• Reduce la pérdida de señal en el enlace
• Acortar la distancia del enlace
• Acelerar la velocidad de la señal
• Aumentar el tamaño del conducto

Si bien los centros de datos están utilizando los cuatro enfoques en algún nivel, el enfoque -especialmente en el nivel de hiperescala- ahora está en aumentar la cantidad de fibra. Históricamente, el cableado de la red central contenía 24, 72, 144 o 288 fibras. En estos niveles, los centros de datos podrían ejecutar fibras discretas entre la red troncal y los conmutadores o servidores, y luego usar conjuntos de cables para separarlos para una instalación eficiente. Hoy en día, los cables de fibra se implementan con hasta 20 veces más hilos de fibra, en el rango de 1.728, 3.456 o 6.912 fibras por cable.

CLICK TO TWEET: Jason Bautista y Ken Hall de CommScope explican cómo puede adaptarse a mayores cantidades de fibra en su centro de datos.

Un mayor conteo de fibra combinado con una construcción compacta de cable es especialmente útil cuando se interconectan centros de datos (DCI). El cableado troncal DCI con más de 3.000fibras es común para conectar dos instalaciones de hiperescala, y los operadores planean duplicar esa capacidad de diseño en el futuro cercano. Dentro del centro de datos, las áreas problemáticas incluyen cables troncales que se ejecutan entre interruptores centrales de alta gama o desde salas de reuniones hasta interruptores de columna de la fila de gabinetes.

Ya sea que la configuración del centro de datos requiera conexiones punto a punto o de interruptor a interruptor, el aumento en el conteo de fibra crea grandes desafíos para los centros de datos en términos de entregar el mayor ancho de banda y la capacidad donde se necesita.

La gran cantidad de fibra crea dos grandes desafíos para el centro de datos. La primera es, ¿cómo implementarlo de la manera más rápida y eficiente? ¿Cómo lo coloca en el carrete, cómo lo quita del carrete, cómo lo pasa entre puntos y a través de rutas? Una vez que está instalado, el segundo desafío es: ¿cómo lo separa y administra en los interruptores y en los bastidores del servidor?       

Cableado de fibra de cinta enrollable

La progresión del diseño óptico y de fibra ha sido una respuesta continua a la necesidad de conductos de datos más grandes y rápidas A medida que esas necesidades se intensifican, las formas en que la fibra se diseña y empaqueta dentro del cable han evolucionado, permitiendo que los centros de datos aumenten el número de fibras sin aumentar necesariamente la huella del cableado. El cableado de fibra de cinta enrollable es uno de los eslabones más recientes en esta cadena de innovación.

La cinta de fibra enrollable está unida en puntos intermitentes.

Fuente: ISE Magazine

El cable de fibra de cinta enrollable se basa, en parte, en el desarrollo anterior del cable de cinta de conducto central. Introducido a mediados de la década de 1990, principalmente para redes OSP, el cable plano del conducto central presentaba pilas de cinta de hasta 864 fibras dentro de un solo conducto de amortiguación central. Las fibras se agrupan y se unen continuamente a lo largo del cable, lo que aumenta su rigidez. Si bien esto tiene poco efecto al implementar el cable en una aplicación OSP en un centro de datos, un cable rígido no es deseable debido a las limitadas restricciones de enrutamiento que estos cables requieren. 

En el cable de fibra de cinta enrollable, las fibras se unen intermitentemente para formar una banda suelta. Esta configuración hace que la cinta sea más flexible, lo que permite a los fabricantes cargar hasta 3.456 fibras en un conducto de dos pulgadas, el doble de la densidad de las fibras convencionales. Esta construcción reduce el radio de curvatura haciendo que estos cables sean más fáciles de trabajar dentro de los límites más estrechos del centro de datos.

Dentro del cable, las fibras unidas intermitentemente adoptan las características físicas de las fibras sueltas que se flexionan y doblan fácilmente, lo que facilita su manejo en espacios reducidos. Además, el cableado de fibra de cinta enrollable utiliza un diseño completamente libre de gel que ayuda a reducir el tiempo requerido para prepararse para el empalme, reduciendo así los costos de mano de obra.  La unión intermitente aún mantiene la alineación de la fibra requerida para el empalme típico de la cinta de fusión en masa.

Reducción de diámetros de cable

Durante décadas, casi toda la fibra óptica de telecomunicaciones ha tenido un diámetro de recubrimiento nominal de 250 micras. Con la creciente demanda de cables más pequeños, eso ha comenzado a cambiar. Muchos diseños de cables han alcanzado límites prácticos para la reducción de diámetro con fibra estándar. Pero una fibra más pequeña permite reducciones adicionales. Las fibras con recubrimientos de 200 micras ahora se utilizan en fibra de cinta enrollable y cable de microconductos. 

Para un rendimiento óptico y compatibilidad de empalme, la fibra de 200 micras presenta el mismo núcleo / revestimiento de 125 micras que la alternativa de 250 micras.

Fuente: ISE Magazine

Es importante enfatizar que el recubrimiento del tampón es la única parte de la fibra que ha sido alterada. Las fibras de 200 micras retienen el diámetro del núcleo / revestimiento de 125 micras de las fibras convencionales para compatibilidad en operaciones de empalme. Una vez que se ha eliminado el recubrimiento del tampón, el procedimiento de empalme para fibra de 200 micras es el mismo que para su contraparte de 250 micras.

Los nuevos conjuntos de chips complican aún más el desafío

Todos los servidores de una fila están aprovisionados para admitir una velocidad de conexión determinada. Pero en las redes de tejido hiperconvergentes de hoy en día es extremadamente raro que todos los servidores en una fila necesiten ejecutarse a su velocidad de línea máxima al mismo tiempo. La diferencia entre el ancho de banda ascendente requerido del servidor y la capacidad descendente que se ha aprovisionado se conoce como exceso de suscripción o índice de contención. En algunas áreas de la red, como el enlace entre switches (ISL), la relación de sobresuscripción puede ser tan alta como 7:1 o 10:1. Se elige una relación más alta para reducir los costos de switcheo, pero la posibilidad de congestión de la red aumenta con estos diseños.

La suscripción excesiva se vuelve más importante al construir redes de servidores grandes. A medida que aumenta la capacidad de cambio de ancho de banda, disminuyen las conexiones del interruptor. Esto requiere que se combinen varias capas de redes de columna vertebral para alcanzar la cantidad de conexiones de servidor requeridas. Sin embargo, cada capa de switch agrega costo, potencia y latencia. La tecnología de switcheo se ha centrado en este problema, impulsando una rápida evolución en los ASIC de switcheo de silicio comercial. On 9 de diciembre de 2019, Broadcom Inc. began shipping the latest StrataXGS Tomahawk 4 switch, enabling 25,6 Terabits/sec of Ethernet switching capacity in a single ASIC. This comes less than two years after the introduction of the Tomahawk 3 which clocked in at 12.8Tbps per device.

These ASICs have not only increased lane speed, they have also increased the number of ports they contain. Data centers can keep the oversubscription ratio in check. A switch built with a single TH3 ASICs supports 32 400G ports.  Each port can be broken down to eight 50GE ports for server attachment.  Ports can be grouped to form 100G, 200G or 400G connections. Each switch port may migrate between 1-pair, 2-pair, 4-pairs or 8-pairs of fibers within the same amount of QSFP footprint.

While this seems complicated it is very useful to help eliminate oversubscription.  These new switches can now connect up to 192 servers while still maintaining 3:1 contention ratios and eight 400G ports for leaf-spine connectivity!  This switch can now replace six previous-generation switches.

The new TH4 switches will have 32 800Gb ports.  ASIC lane speeds have increased to 100G. New electrical and optical specification are being developed to support 100G lanes.  The new 100G ecosystem will provide an optimized infrastructure which is more suited to the demands of new workloads like machine learning or AI.

The evolving role of the cable provider

In this dynamic and more complex environment, the role of the cabling supplier is taking on new importance. While fiber cabling may once have been seen as more of a commodity product instead of an engineered solution, that is no longer the case. With so much to know and so much at stake, suppliers have transitioned to technology partners, as important to the data center’s success as the system integrators or designers.

Data center owners and operators are increasingly relying on their cabling partners for their expertise in fiber termination, transceiver performance, splicing and testing equipment, and more. As a result, this increased role requires the cabling partner to develop closer working relationships with those involved in the infrastructure ecosystem as well as the standards bodies.

As the standards surrounding variables such as increased lane speeds multiply and accelerate, the cabling partner is playing a bigger role in enabling the data center’s technology roadmap. Currently, the standards regarding 100GE/400GE and evolving 800Gbs involve a dizzying array of alternatives. Within each option, there are multiple approaches, including duplex, parallel and wavelength division multiplexing – each with a particular optimized application in mind.  Cabling infrastructure design should enable all of these alternatives.

All comes down to balance

A medida que aumenten los hilos de fibra, la cantidad de espacio disponible en el centro de datos continuará reduciéndose. Busque otros componentes como servidores y gabinetes para ofrecer más, en un espacio más reducido. El espacio no será la única variable que se maximizará. Combining new fiber configurations like rollable ribbon fiber cables with reduced cable sizes and advanced modulation techniques, network managers and their cabling partners have lots of tools at their disposal.  They will need them all.

If the rate of technology acceleration is any indication of lies ahead, data centers, especially at the hyperscale cloud level, better strap in. A medida que aumente la demanda de ancho de banda, la oferta de servicios y la latencia se vuelva más crucial para el usuario final, se introducirá más fibra en la red.  

The hyperscale and cloud-based facilities are under increasing pressure to deliver ultra-reliable connectivity for a growing number of users, devices and applications. The ability to deploy and manage ever higher fiber counts is intrinsic to meeting those needs. The goal is to achieve balance by delivering the right number of fibers to the right equipment, while enabling good maintenance and manageability and supporting future growth. So, set your course and have a solid navigator like CommScope on your team.