A solução de cabeamento para os datacenters atuais

Assim como as tubulações transportam gás ou óleo, os cabos transportam dados, o combustível para a computação.

Os tipos de cabos que os equipamentos de dados e comunicação precisam dependem de vários fatores, inclusive do tipo de tráfego que transportam e das distâncias que percorrem. Por exemplo, os cabos para armazenamento de dados direcionam o tráfego dos computadores para os switches de armazenamento e para as unidades de armazenamento, enquanto os cabos para tráfego de rede direcionam os dados dos computadores para os switches de rede e para os roteadores. O tráfego de telecomunicações se move das torres de celular ou caixas de cabo para os escritórios centrais. Cada um deles exigirá diferentes tipos de cabos.

As distâncias também são importantes — o cabeamento pode percorrer uma distância muito curta, dentro do mesmo rack de servidor ou entre diferentes racks, ou salas em um edifício. Ainda assim, outros tipos de cabeamento precisam abranger todo o campus e se estender por quilômetros.

Ao longo dos anos, as decisões de cabeamento se tornaram cada vez mais importantes devido a um desenvolvimento abrangente: o rápido crescimento dos datacenters.

A ascensão dos datacenters

A revolução da IA é executada em datacenters de alta velocidade, que servem como backbone de computação para aplicações. Com o crescimento explosivo da IA, observa-se um aumento na demanda por datacenters. Somente os EUA registrarão um aumento de 10% na demanda por datacenters, pelo menos até 2030, de acordo com a McKinsey. Além disso, principalmente devido à crescente demanda dos servidores de IA, as despesas de capital do datacenter cresceram quase 50% somente no segundo trimestre de 2024, de acordo com um relatório do Dell'Oro Group.

Para atender ao apetite insaciável por computação de alta velocidade, o crescimento da quantidade de datacenters não é mais suficiente. Também há pressão para que os servidores de alto desempenho tenham uma taxa de transferência melhor, mais rápida e mais alta, tanto para transportar informações dentro dos datacenters, quanto entre eles por meio de interconexões. Enquanto as redes de 100 G costumavam ser o padrão ouro, as implementações de 400 G agora estão se tornando mais rotineiras, com a IIoT, a computação em nuvem e a IA estimulando sua adoção. Outro desenvolvimento do datacenter a ser monitorado é o crescente clamor pela redução do consumo de energia. Isso significa que a velocidade de transferência de dados precisa aumentar e ser mais eficiente em termos de energia.

O que essa necessidade de computação maior, melhor, mais rápida e com maior eficiência energética significa para o cabeamento do datacenter? Em sua forma mais básica, os cabos precisam transportar dados rapidamente, ter baixa latência e fazer isso sem a perda de pacotes de dados ou consumir muita energia. O cabo também precisa fazer esse trabalho sem gerar muito calor, pois o resfriamento também requer energia.

Embora um datacenter tenha dezenas e dezenas de tipos de equipamentos, incluindo sistemas de rede, refrigeração, armazenamento e energia, para os fins deste artigo, o foco será o cabeamento dos componentes de hardware de um rack típico de datacenter. Isso pode incluir switches, que atuam como um controlador de tráfego, e transceptores, que convertem os dados de um sistema para outro.

Cabos para os datacenters atuais

Três tipos de cabos são comumente usados para comunicação em grande escala, como a capacidade de 10 Gbps ou a mais moderna, de 400 Gbps. Uma conexão de Internet doméstica típica tem menos de 1 Gbps.

O cabo CAT6: comum em redes de computadores para transportar quadros Ethernet, o cabo CAT6 usa conectores RJ45. Para se conectar ao equipamento do switch, ele usa um transceptor RJ45 para converter do switch para sinais compatíveis com RJ45 e vice-versa na outra extremidade. Sua latência é de cerca de 2,6 ns e ele pode funcionar por cerca de 100 m. O transceptor adiciona um consumo de potência de cerca de 4 W.

Fibra óptica: comum na comunicação de vídeo e áudio, a fibra óptica também encontra aplicações em redes e dados. Ela usa conectores ópticos e precisa de um transceptor para converter eletricidade em luz e, em seguida, novamente em eletricidade. Uma vez convertida em luz, a latência da fibra óptica é de cerca de 0,1 ns, e ela pode funcionar por centenas de metros. No entanto, ela é muito exigente; a fibra óptica contém vidro ou plástico que não gosta de dobrar e, se a extremidade pegar uma partícula de poeira, a capacidade cai. Além disso, é cara, especialmente quando se adiciona o transceptor óptico, que aumenta o consumo de potência em cerca de 4 W.

Cobre de conexão direta (DAC): o DAC é a opção de cabeamento mais simples e mais tolerante. Fabricado com fios de cobre, ele é mais adequado para aplicações de curta distância, como componentes dentro do mesmo rack. O DAC é barato e flexível e pode ser usado sem transceptores ao conectar equipamentos compatíveis, mas só é bom para alguns metros. Além disso, o DAC não deve ser operado muito próximo a fontes de alimentação, baterias grandes ou ímãs, pois pode sofrer interferência.

Os DACs estão disponíveis em variedades passivas e ativas. O DAC passivo não tem transceptores e, como a transmissão é passiva, ele transfere o sinal original como está. A ausência de transceptores ajuda a manter o consumo de potência a um nível mínimo.

Um DAC ativo tem transceptores integrados que também compensam a possível perda de sinal, tornando-o uma aposta mais segura para aplicações de longa distância em um datacenter. A adição de elementos eletrônicos, como transceptores, aumenta um pouco o consumo de potência do DAC ativo, normalmente em torno de 1 W.

As vantagens do DAC para datacenters

Em um datacenter, a latência — o tempo que leva para os dados passarem de uma fonte para outra — precisa ser a menor possível. Muitas aplicações de tempo crítico, como robôs móveis autônomos (AMRs) em armazéns ou day-trading em finanças, são executados com base em decisões em frações de segundo. A vantagem mais significativa do DAC é o fato de ele ter uma latência muito baixa. Esse recurso essencial do DAC é um resultado direto de sua simplicidade. Ele não tem nenhum componente intermediário complexo pelo qual os dados devam passar, o que torna os projetos menos complexos e mais fáceis de manter.

O DAC também é uma opção de cabeamento acessível, e o DAC passivo, em particular, consome muito pouca energia. A maior limitação é o comprimento em que esses cabos podem operar sem muita degradação do sinal, geralmente em torno de alguns metros. Não sendo o mais eficiente para a transmissão de dados a longa distância, o DAC é mais adequado para conexões de curto alcance dentro do mesmo rack ou entre racks. Sua capacidade de dobrar o torna particularmente adequado para interconexões densas que precisam passar entre si e em cantos apertados.

Os cabos de conexão DAC QSFP-DD 400G da série 9V4 da 3M (Figura 1) utilizam a tecnologia de cabo axial duplo da 3M para criar uma solução flexível, dobrável e de alto desempenho. O fator de forma QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density), um padrão de hardware que facilita conexões mais rápidas, é particularmente notável. SFP significa que o cabo tem formato e tamanho padrão que se conecta ao equipamento de rede; o "quad" indica os quatro canais de dados que o cabo pode suportar; e a densidade dupla permite que o dobro da quantidade de dados flua por um conector do mesmo tamanho físico.

Figura 1: Os cabos de conexão DAC QSFP-DD 400G da série 9V4 da 3M são especialmente valiosos para conexões de curto alcance de baixa latência dentro do mesmo rack ou entre racks em datacenters. (Fonte da imagem: 3M)

No fim das contas, é que os cabos DAC, como o QSFP-DD 400 G da série 9V4 da 3M, são os melhores da categoria para acomodar larguras de banda de até 400 Gbps para conectar servidores, switches, armazenamentos e outros equipamentos de alta velocidade.

Considerações sobre o projeto de cabeamento para o DAC em datacenters

Como o DAC passivo é a opção mais econômica e de baixa latência para os datacenters, vale a pena considerar como ele se integra aos racks de infraestrutura de datacenter.

Alguns fatores importantes a serem considerados incluem:

• Compatibilidade com o hardware: como os cabos precisam se conectar a transceptores, switches, roteadores e outros, é importante garantir que as seleções sejam compatíveis com os sistemas existentes e sejam adaptáveis a futuras iterações. O QSFP-DD 400G da série 9V4 da 3M é compatível com a maioria dos equipamentos modernos. Caso os datacenters precisem dividir uma porta de alta capacidade em várias conexões de menor capacidade (como quatro conexões de 100 Gbps ou oito conexões de 50 Gbps a partir de uma de 400 Gbps), a série também é fornecida com cabos de conexão para separação.
• Preservação dos sinais de dados: o projeto do DAC deve considerar que os cabos são particularmente suscetíveis à interferência eletromagnética (EMI), especialmente de cabos de força. Portanto, os cabos de dados do DAC devem estar claramente separados dos equivalentes de alimentação de energia.
• Fácil acesso para manutenção: o posicionamento dos cabos deve facilitar o acesso dos técnicos de manutenção. O cabeamento suspenso, no qual o DAC entraria em cascata a partir do teto da sala, geralmente é considerado uma opção melhor para o acesso, pois o cabo não precisa ser muito longo ou excessivamente contorcido para as interconexões.
• Ventilação e resfriamento eficientes: as pilhas de tecnologia emitem muito calor, e os planos de ventilação devem ser levados em conta no gerenciamento do cabeamento do DAC. Isso pode afetar a densidade do equipamento e os requisitos de cabeamento relacionados.
• Escalabilidade: as pilhas de tecnologia mudam, e o cabeamento DAC deve ser capaz de se adaptar a essas mudanças. O agrupamento de cabos e a etiquetagem e empacotamento eficientes ajudam os técnicos a gerenciar componentes inteiros juntos, em vez de ter que separar cada um deles individualmente.

Conclusão

À medida que a computação evolui para abrir espaço para IA de borda, mais virtualização e ambientes hiperconvergentes, espera-se que as necessidades de equipamentos de hardware relacionados também mudem.

No futuro, é provável que haja mais uso de hardware de aprendizado de máquina, datacenters de borda e infraestrutura distribuída. O hardware com recursos avançados de segurança e sustentabilidade também não está muito distante. Apesar de tudo isso, o DAC provavelmente continuará a ser o cabo preferido, especialmente em interconexões curtas em racks de tecnologia. Sua latência extremamente rápida e a economia geral de custos são imbatíveis. Como resultado, o DAC terá utilidade contínua no datacenter e em outros locais.