En la industria de los centros de datos no existe el concepto de “hacer negocios como de costumbre”, y el 2023 no es una excepción a esta regla. Dado que el volumen de datos que entra en el centro de datos sigue aumentando, impulsado por una demanda de conectividad aún mayor, los planificadores de redes se están replanteando cómo pueden adelantarse a estos cambios.
Remontándose a 2014, cuando el Consorcio Ethernet 25G propuso Ethernet de 25 Gbps sobre un canal y Ethernet de 50 Gbps sobre dos canales, se creó una gran horquilla en la hoja de ruta del sector, ofreciendo un menor coste por bit y una transición fácil hacia 50G, 100G y más allá.
En 2020, el 100G llegará al mercado de forma masiva, impulsando un número de fibras cada vez mayor, y los grandes centros de datos de hiperescala y basados en la nube se enfrentarán a su inevitable salto a los 400G. Con switches y servidores que requerirán conexiones a 400G y 800G, la capa física también debe contribuir con un mayor rendimiento para optimizar continuamente la capacidad de la red.
La capacidad para desarrollar la infraestructura de capa física en el centro de datos es, en última instancia, clave para mantener el ritmo de la demanda por la baja latencia, el alto ancho de banda y la conectividad fiable que demandan los clientes. Eche un vistazo a estas principales tendencias para ver cómo los administradores de centros de datos planifican para los 800G y el efecto sobre los datos que producirá el 5G.
Adaptándose a un mayor número de fibras en el centro de datos
El volumen de tráfico digital que desemboca en el centro de datos sigue aumentando; mientras tanto, una nueva generación de aplicaciones impulsadas por avances como 5G, IA y comunicaciones máquina a máquina están impulsando los requisitos de latencia en un rango de milisegundos. Estas y otras tendencias están convergiendo en la infraestructura del centro de datos, obligando a los gestores de redes a replantearse cómo pueden adelantarse a los cambios.
Tradicionalmente, las redes han tenido cuatro palancas principales con las cuales satisfacer la creciente demanda de menor latencia y mayor tráfico:
- Reducir la pérdida de señal en el enlace
- Acortar la distancia del enlace
- Aumentar la velocidad de señal
- Aumentar la capacidad del medio de conexión
Aunque los centros de datos utilizan los cuatro enfoques en algún nivel, la atención, especialmente en el nivel de hiperescala, se centra ahora en aumentar la cantidad de fibra. Históricamente, el cableado de la red principal contenía 24, 72, 144 o 288 fibras. A estos niveles, los centros de datos podrían tender fibras directamente entre la red troncal y los switches o servidores, y luego utilizar arreglos de cables para separarlas para realizar una instalación eficiente. Hoy en día, los cables de fibra se despliegan con hasta 20 veces más hilos de fibra, del orden de 1728, 3456 o 6912 fibras por cable.
El mayor número de fibras combinado con la construcción de cables compactos es especialmente útil al interconectar centros de datos. El cableado troncal de interconexión entre centro de datos (DCI por sus siglas en inglés) con más de 3000 fibras es habitual para conectar dos instalaciones de hiperescala, y los operadores tienen previsto duplicar esa capacidad de diseño en un futuro próximo. Dentro del centro de datos, las áreas problemáticas incluyen los cables troncales de backbone que se extienden entre los switches de alta gama en el núcleo de la red o desde las salas de interconexión principal (meet-me rooms) hasta los switches de distribución (spine) en las filas de gabinetes.
Independientemente de que la configuración que el centro de datos requiera, conexiones punto a punto o de switch a switch, el aumento del número de fibras crea importantes retos para los centros de datos en cuanto a la entrega del mayor ancho de banda y la capacidad donde se necesita.
El primero: ¿Cómo implementar fibra de la manera más rápida y eficiente? ¿Cómo ponerla en la bobina o carrete? ¿Cómo sacarla en la bobina? ¿Cómo tenderla entre diferentes puntos y a través de las canalizaciones?
Una vez que está instalada, he aquí el segundo reto: ¿Cómo se puede separar y gestionar en los racks de switches y servidores?
Cableado de fibra de cinta enrollable (Rollable Ribbon)
La progresión de la fibra y la red óptica ha sido una respuesta continua a la necesidad de enlaces de datos más grandes y rápidos. A medida que estas necesidades se intensifican, las formas de diseñar y empaquetar la fibra dentro del cable han evolucionado, permitiendo a los centros de datos aumentar el número de fibras en una construcción de cables sin aumentar necesariamente la huella del cableado. El cableado de fibra de cinta enrollable es uno de los eslabones más recientes de esta cadena de innovación.
La fibra de cinta enrollable se une 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 tubo central (central tube ribbon). Presentado a mediados de los 90, principalmente para redes de planta externa (OSP), el cable de cinta de tubo central disponía de hasta 864 fibras en formato cinta y en un único tubo central. Las fibras están agrupadas y unidas continuamente a lo largo del cable, lo que aumenta su rigidez. Aunque esto tiene poco efecto al desplegar el cable en una aplicación OSP, en un centro de datos un cable rígido no es deseable debido a las mayores restricciones en el enrutamiento y curvaturas que estos cables requieren.
En un cable de fibra de cinta enrollable, las fibras ópticas se unen de forma intermitente para formar una malla. Esta configuración hace que la cinta sea más flexible, lo que permite a los fabricantes manufacturar cables de hasta 3456 fibras en tan solo un ducto de 5cm (2”), lo que representa el doble de densidad que las fibras convencionales. Esta construcción reduce el radio de curvatura, lo que hace que estos cables sean más fáciles de trabajar dentro de las limitadas canalizaciones del centro de datos.
En el interior del cable, las fibras unidas de forma intermitente 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 sin gel que ayuda a reducir el tiempo necesario para preparar el empalme, reduciendo así los costes de mano de obra. La unión intermitente sigue manteniendo la alineación de las fibras requerida para el empalme de cintas por fusión masiva típico.
Reduciendo los diámetros de los cables
Durante décadas, casi toda la fibra óptica para telecomunicaciones ha tenido un diámetro de revestimiento de 250 micras. Con la creciente demanda de cables más pequeños, esto ha empezado a cambiar. Muchos diseños de cables han alcanzado los límites prácticos para la reducción del diámetro con fibra estándar. Pero una fibra más pequeña permite reducciones adicionales. Las fibras con revestimientos de 200 micras se utilizan ahora en la fibra de cinta enrollable y el cable de micro-ducto.
Es importante destacar que el revestimiento de la fibra es la única parte que ha sido modificada. Las fibras con revestimiento de 200 micras disponen del mismo diámetro de núcleo y recubrimiento de 125 micras que las fibras convencionales, permitiendo una completa compatibilidad de empalme con fibras convencionales. Una vez que se ha pelado el recubrimiento, el procedimiento de empalme para la fibra de 200 micras es el mismo que para su equivalente de 250 micras.
Para el rendimiento óptico y la compatibilidad de los empalmes, la fibra de 200 micras presenta el mismo núcleo y revestimiento de 125 micras que la alternativa de 250 micras.
Fuente: ISE Magazine
Los nuevos chipsets complican aún más el desafío
Todos los servidores de una fila se aprovisionan para soportar
una determinada velocidad de conexión. Sin embargo, en las redes hiperconvergentes de hoy en día, es extremadamente raro que todos los servidores de una fila tengan que funcionar a su velocidad de línea máxima al mismo tiempo. La diferencia entre el ancho de banda ascendente necesario del servidor y el ancho de banda descendente que se ha aprovisionado se conoce como “sobresuscripción” o “ratio de contención”. En algunas zonas de la red, como el enlace entre switches (ISL por sus siglas en inglés), la proporción de sobresuscripción puede llegar a ser de 7:1 o 10:1.
Elegir una proporción más alta de sobresuscripción puede ser tentador para reducir los costes de los switches; sin embargo, la mayoría de los diseños modernos de redes de centros de datos en la nube y de hiperescala buscan una proporción de 3:1, o incluso menor, para ofrecer un rendimiento de red de clase mundial.
La sobresuscripción adquiere mayor importancia cuando se construyen grandes redes de servidores. A medida que aumenta la capacidad de ancho de banda entre switches, disminuyen las conexiones en el switch. Esto requiere de la combinación de redes con múltiples capas de leaf-spine para alcanzar el número de conexiones de servidores necesario con cada enlace entre switches, contribuyendo a la sobresuscripción general de las redes. Sin embargo, cada capa de conmutación añade coste, consumo de energía y latencia. La tecnología de conmutación se ha centrado en este problema impulsando una rápida evolución de los circuitos integrados de silicio ASIC de los switches. El 9 de diciembre de 2019, Broadcom Inc. Presentó su último circuito ASIC StrataXGS Tomahawk 4 (TH4), el cual permite una capacidad de conmutación Ethernet de 25.6 Tbps. Esto ocurre a menos de dos años después de la presentación del Tomahawk 3 (TH3), que alcanzó los 12.8 Tbps por dispositivo.
Estos ASIC no solo han aumentado la velocidad por línea de transmisión, sino también el número de puertos capaces de gestionar. Los centros de datos pueden mantener el ratio de sobresuscripción bajo control. Un switch fabricado con un solo ASIC TH3 admite 32 puertos de 400G. Cada puerto se puede dividir en ocho puertos de 50GE para la conexión de servidores. Los puertos pueden agruparse para formar conexiones de 100G, 200G o 400G. Cada puerto del switch puede migrar entre un par, dos pares, cuatro pares u ocho pares de fibras sobre el mismo QSFP.
Aunque parece complicado, es muy útil para ayudar a eliminar el exceso de sobresuscripciones. Estos nuevos switches ahora pueden proveer conectividad para hasta 192 servidores manteniendo el ratio 3:1 y ocho puertos 400G para conectividad leaf-spine. Este switch puede sustituir a seis switches de la generación anterior.
Los nuevos switches TH4 tendrán 32 puertos de 800 Gb. Las velocidades de las líneas ASIC han aumentado a 100G. Se están desarrollando nuevas especificaciones eléctricas y ópticas para soportar líneas a 100G. El nuevo ecosistema 100G proporcionar. una infraestructura optimizada que se adapta mejor a las demandas de nuevas cargas de trabajo como el “machine learning” (ML) o la inteligencia artificial (IA).
La evolución del papel del proveedor de cable
En este entorno dinámico y cada vez más complejo, el papel del proveedor de cableado adquiere una nueva importancia. Si bien el cableado de fibra puede haber sido visto como un producto básico en lugar de una solución de ingeniería, este ya no es el caso. Con tanto que saber y tanto en juego, los proveedores han pasado a ser socios tecnológicos, tan importantes para el éxito del centro de datos como los integradores o diseñadores de sistemas.
Los propietarios y operadores de centros de datos confían cada vez más en sus socios de cableado por su experiencia en la terminación de la fibra, el rendimiento de los transceptores, los equipos de empalme y pruebas, etc. Este papel más trascendente requiere que el socio de cableado desarrolle relaciones más estrechas con quienes participan en el ecosistema de la infraestructura, así como con los organismos de normalización.
A medida que los estándares de la industria y los acuerdos multi-fuentes (multi-source agreement – MSA) aumentan en número y ofrecen velocidades de canal aceleradas, el socio de cableado desempeña un papel más importante para poder habilitar la hoja de ruta tecnológica del centro de datos. En la actualidad, los estándares relativos a 100G/400G y a la evolución hacia 800G comprenden un abanico vertiginoso de alternativas. Dentro de cada opción, hay múltiples enfoques disponibles para transportar los datos, incluyendo multiplexación por división de longitud de onda, paralela y dúplex, cada uno con una aplicación optimizada para entornos particulares. El diseño de una infraestructura de cableado debe estar pensado para soportar el mayor número posible de estas alternativas de transporte a lo largo de su vida útil.
Todo se reduce al equilibrio
A medida que crece la cantidad de fibras, la cantidad de espacio disponible en el centro de datos seguirá disminuyendo, y el crecimiento en espacio dentro de los centros de datos no necesariamente crece al mismo ritmo que crece el número de fibras que en ellos se ocupan. Observe los otros componentes para ofrecer más en un espacio más reducido; es decir, servidores y gabinetes.
El espacio no será la única variable para maximizar. Combinando nuevas configuraciones de fibra, como los cables de fibra de cinta enrollables, con tamaños de cable reducidos y técnicas de modulación avanzadas, los gestores de redes y sus socios de cableado tienen muchas herramientas a su disposición. Ellos los necesitarán todos.
Si el ritmo de aceleración de la tecnología es un indicio de lo que se avecina, será mejor que los centros de datos -especialmente los de hiperescala y en la nube- se preparen. A medida que aumenta la demanda de ancho de banda y la oferta de servicios, y a medida que la latencia se vuelve más crítica para el usuario/máquina final, se necesitará más fibra en la red.
La hiperescala y las instalaciones basadas en la nube están bajo una presión cada vez mayor para ofrecer una conectividad ultrafiable para un número creciente de usuarios, dispositivos y aplicaciones. La capacidad de implementar y gestionar cables con mayor número de fibras es intrínseca a la hora de satisfacer esas necesidades.
El objetivo es lograr el equilibrio entregando el número correcto de fibras al equipo correcto, al tiempo que se permite un buen mantenimiento y capacidad de gestión y se apoya el crecimiento futuro. Por lo tanto, establezca su rumbo e incluya en su equipo a un compañero de viaje sólido como CommScope.
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