基础电子中的为后100Gb/s时代挑战做准备
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2020-10-21
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基础电子中的为后基础电子中的为后100Gb/s时代挑战做准备时代挑战做准备
随着信息时代的到来，世界发生了惊人的变化。最新的思科（Cisco）公司视觉网络指数（VNI）显示，人们对
多信息源（流媒体）的需求迅速增长。思科估计，到2016年，互联网协议（IP）数据传输流量的复合年增长率
为29%. 所有这些需求都汇集到安放在大量低成本电源附近的服务器群。这种增长速度难倒了众多的服务提
供商（Google等信息提供商及将这些信息带到电脑或手机的提供商）。人们需要更大的数据传输通道，而要满
足这种需求，却面临着众多挑战。 速度更快 自万维网普及以来，对于速度的需求就一直困扰着通信行
业。在1983年左右，随着10Mb（同轴半双工CSMA/CD）以太网的出现，计算机开
随着信息时代的到来，世界发生了惊人的变化。最新的思科（Cisco）公司视觉网络指数（VNI）显示，人们对多信息源
（流媒体）的需求迅速增长。思科估计，到2016年，互联网协议（IP）数据传输流量的复合年增长率为29%.
所有这些需求都汇集到安放在大量低成本电源附近的服务器群。这种增长速度难倒了众多的服务提供商（Google等信息
提供商及将这些信息带到电脑或手机的提供商）。人们需要更大的数据传输通道，而要满足这种需求，却面临着众多挑战。
速度更快速度更快
自万维网普及以来，对于速度的需求就一直困扰着通信行业。在1983年左右，随着10Mb（同轴半双工CSMA/CD）以太
网的出现，计算机开始相互连接到一起。局域网（LAN）和广域网（WAN）的节点数增加到一定程度以后，骨干网聚合便成
了问题。
光纤传输的突破及波分复用技术的实现大大提高了现代互联网的传输速度。但是，大多数家庭接入互联网使用的传统双绞
线很快便达到了其香农极限。拨号用调制解调器和DSL速度已达极限。尽管节点（用户）数仍在持续稳步增长，但信息传输容
量需求的增长却受到了限制。
当人们开始应用混合光纤/同轴系统以便通过数字机顶盒提供HDTV（高清电视）时，超大带宽也达到了极限。有线电缆数
据服务接口规范（DOCSIS）电缆调制解调器的发展，实现了每秒数兆位的传输速度，消费者纷纷开始要求使用这种技术。
DOCSIS调制解调器和光纤到户（FTTH）成为推动互联网不断发展的催化剂。智能手机和长期演进（LTE）无线网络的
出现再一次为消费者拓展了带宽，使他们不再受线缆的束缚。但是，智能手机供应商忽略了一些基本的东西：消费者将如何使
用他们的上网手机。
供应商简单地认为，人们偶尔会需要定位，查看联系人电话号码，或者执行其他一些要求互联网提供服务的小任务。当人
们开始使用手机在网上"冲浪"时，这些供应商完全不知所措。他们的下行网络完全超负荷运行，因此，他们开始提供一些"套
餐",旨在限制数据服务消费--至少现在是这样一种情况。
在源头解决所有问题在源头解决所有问题
连接的节点越多，速度越快，需要的网络容量和信息服务提供商运营能力也就越高。这不断推动着对互联速度需求的增
长。有意思的是，大多数数据中心的IP数据传输（例如：亚马逊和Google等）都在数据中心内部的计算机之间完成，而并未
通过网络连接的客户端之间。
在网购时，点击"购买"按钮之后，在两台服务器之间便开始进行大量的事务处理，以验证用户身份和支付方式，确认距离
最近的发货仓库，记录所有资金交易情况，收集买家统计数据，以及执行其他相关任务。完成所有这些事务所需的时间越长，
消费者等待订单确认的时间也就越长。
在线进行股 票交易、游戏、银行转账和其他电子商务时原理相同。这种"多事务"数据传输和大量交易请求推动局域网互联
速度从每通道10Gb/s提高至25Gb/s.
大多数现代数据中心都使用小型可插拔（SFP）或者四通道SFP（QSFP）连接来实现10Gb以太网。这些连接方法可以
使用光纤或者特殊的高性能铜线，具体取决于要求的传输距离。但是，由于许多设备厂商为了增加相同空间的容量而不断增加
端口密度，出现了许多问题。
一个问题是，在设备冷却系统的散热口放置大量的光纤模块，并且相互靠近。单个光纤模块的功耗一般为1W.将这些模块
（例如一个48端口的10Gb/s交换机）相互靠近放置，从设备排出的气体温度又很高，这会缩短光纤模块的寿命并且存在安全
隐患。
数据中心管理员将注意力转向了无源线缆，这种线缆有望降低功耗和光纤模块的成本。最近，连接距离小于15米的情
况，开始使用集成了半导体线性均衡器和转接驱动器的"有源"线缆，以调节信号和提高信号完整性。有源线缆可以匹配较短的
互联，允许使用与光纤芯径差不多大小的小规格标准线，而且功耗和成本都更低。
另外，这些管理员还可以使用具有多种功能的"智能线缆",这些功能包括时域反射计（TDR）和眼图监视器等，可以持续
管理连接的完整性。SFP和QSFP规范通过连接器上的一个两引脚串联管理端口实现这种通信。这种设备可以识别线缆类型及
其性能，从而让系统设计人员能够将这些功能集成到管理系统中。
走得更远走得更远
有趣的是，标准一旦被制定出来，就会存在相当长的时间。据传，现代英国铁路轨距可能直接源自罗马帝国二轮战车的轮
距。这个问题无需再深入讨论。影响数据中心的标准包括基础设施内的机架尺寸和间隔。典型机架为19英寸宽，42英寸长，7
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