Rambler's Top100
Статьи ИКС № 01-02 2013
Андрей СЕМЕНОВ  29 января 2013

Горизонтальные кабели малого диаметра в ЦОДе

Использование в СКС для дата-центров кабелей с уменьшенным внешним диаметром – результат оптимизации, нацеленной на учет влияния других инженерных систем и экономическую эффективность.

Андрей СЕМЕНОВ, доктор техн. наукИнформационная кабельная проводка в ЦОДе в соответствии с требованиями профильных стандартов (TIA-942A, EN 50173-5) должна быть реализована на основе структурированной кабельной системы с использованием электропроводных и волоконно-оптических кабелей. Нормативные документы не конкретизируют тип элементной базы для создания линий и трактов, оставляя ее выбор на усмотрение автора проекта ЦОДа. Тем не менее результаты расчетов и практика проектов показывают, что при наличии технической возможности (скорости не свыше 10 Гбит/с, а в ближайшей перспективе – до 40 Гбит/с) линии длиной не более 35–40 м целесообразно реализовывать на симметричных кабелях. На линиях большей протяженности из-за отсутствия альтернативы предпочтительна многомодовая волоконно-оптическая техника. В основе такого разделения лежит в первую очередь энергетическая выгодность электропроводных изделий при построении линий небольшой протяженности.

Взаимное влияние оборудования в ЦОДе

Системы и подсистемы, входящие в состав дата-центров, четко делятся на две основные группы. Объекты, объединяемые в группу вычислительных систем, отвечают за выполнение ЦОДом своих основных функций – обработки данных. Комплекс же систем инженерного обеспечения создает компьютерным и телекоммуникационным устройствам условия для нормального функционирования, а обслуживающему персоналу – комфортные условия работы.

Уникальной особенностью ЦОДа как инженерного сооружения является очень тесное взаимодействие оборудования различного назначения, в том числе относящегося к разным группам. Один из примеров – взаимосвязь таких ключевых компонентов, как система воздушного охлаждения и СКС. Это обусловлено тем, что фальшпол, обязательный в аппаратных залах ЦОДа, несмотря на внешнюю простоту, представляет собой многофункциональное устройство. С точки зрения системы промышленного кондиционирования образуемое им пространство выполняет функции камеры статического давления для охлаждающего воздуха; с другой стороны, это пространство также используется для прокладки информационных кабелей.

Одним из ключевых количественных параметров, свидетельствующих о степени тщательности проработки и о качестве исполнения проекта ЦОДа, является известный коэффициент PUE. Система воздушного охлаждения с ее высоким энергопотреблением оказывает на него самое непосредственное влияние. Довольно эффективным средством приближения PUE к теоретическому минимуму является уменьшение аэродинамического сопротивления на всех участках тракта прохождения воздушного потока – от выхода прецизионного кондиционера до охлаждаемого оборудования на прямом участке и от горячего коридора до входа кондиционера на обратном. Отсюда немедленно вытекает необходимость всемерного уменьшения объемов различного оборудования, которое находится в пространстве фальшпола, в том числе кабелей СКС.

Минимизация внешнего диаметра кабелей

Задачу уменьшения объемов кабельных изделий, находящихся под фальшполом аппаратного зала, можно решить разными способами. Первый из них – вынос кабельных трасс в пространство над шкафами. Главным недостатком этого решения считается сложность текущей эксплуатации кабелей и опасность ухудшения качества связи из-за повышенной температуры, а также не слишком эстетичный вид зала.

Известная концепция установки коммутаторов локальной сети непосредственно рядом с серверами (top of the rack) позволяет существенно уменьшить количество линейных кабелей за счет мультиплексирования сигналов. Но ее практическое внедрение заметно сдерживается сложностью получения неблокируемой архитектуры и плохими экономическими характеристиками решения в целом из-за того, что трудно достичь высокого коэффициента использования портов активного сетевого оборудования.

В этих условиях наилучшие в комплексе характеристики обеспечивают кабели с уменьшенным внешним диаметром. Улучшение массогабаритных характеристик достигается за счет снижения диаметра токопроводящей жилы витой пары вплоть до обращения к проводам калибром 26AWG. Отметим, что именно этот путь дополнительно стимулируется экономическими условиями, сложившимися в последние несколько лет. Во-первых, существует естественное стремление к минимизации капитальных затрат на физический уровень информационной системы за счет уменьшения материалоемкости кабельных изделий, особенно если учесть рост цен – в несколько раз за последнее десятилетие – на сырье (нефть и медь) для изготовления ее основных компонентов. Во-вторых, использование линий на основе симметричных кабелей экономически выгодно из-за их заметно большей энергоэффективности по сравнению с оптическими решениями при передаче информации на те небольшие расстояния, которые характерны для ЦОДов. В-третьих, нет объективной необходимости в массовой поддержке серийного оборудования дистанционного питания в вариантах РоЕ и РоЕ+ (в ближайшей перспективе к ним, скорее всего, добавится РоЕ++) в фокусной области применения. Наконец, потенциальная емкость рынка кабельных систем для ЦОДов довольно высока, что создает все условия для быстрого возврата инвестиций в НИОКР, нацеленные на создание нового класса кабельных изделий.

Технические подробности

Основные стандарты, регламентирующие различные аспекты построения СКС в офисных зданиях и ЦОДах в части обеспечиваемых параметров линий, полностью гармонизированы между собой. Однако заложенная в действующие нормативно-технические документы предельная протяженность тракта в 100 м для ЦОДов на практике явно избыточна. В таких условиях потенциальный выигрыш, который будет получен в результате отказа от этой нормы, вполне мог бы быть направлен на улучшение массогабаритных характеристик линейных кабелей.

Кабель, на основе которого невозможно создавать 100-метровые тракты для поддержки интерфейсов 10G Ethernet, имеет заметно более высокое погонное затухание. Однако более жесткое ограничение по предельной длине позволяет сохранить отношение сигнал/шум (параметр ACR в различных вариантах) на входе приемника, необходимое для получения заданного качества связи.

Впервые на уровне серийного продукта похожий прием был частично (без отказа от соблюдения норм стандартов затухания) использован еще в 2004 г. компанией Krone в кабелях серии CopperTen категории 6а. Он был основан на снижении затухания за счет целенаправленного структурирования изоляции отдельных проводов. Но из-за высокой технической сложности это направление не было поддержано другими производителями.

Особо отметим, что потери в качестве принимаемого сигнала из-за увеличения затухания частично компенсируются некоторым выигрышем по значениям переходного затухания различных видов, характерного для рассматриваемых кабелей. Это явление имеет объективный характер и заключается в том, что уменьшенный диаметр токопроводящей жилы дает возможность уменьшить площадь витка за счет как более плотного прилегания проводов друг к другу, так и некоторого уменьшения шага скрутки. Это сопровождается уменьшением излучения в окружающее пространство. Из-за обратимости процесса также падает восприимчивость витой пары к внешнему электромагнитному излучению.

Кабели с уменьшенным внешним диаметром тестируют по тому же перечню параметров, что и их аналоги, применяемые для построения офисных СКС. При этом в технических данных, указываемых производителем, фигурируют преимущественно те же самые величины, которые указываются в стандартах. Исключение составляет затухание, которое имеет заметно большее значение, что, собственно, определяет предельную дальность связи.

Для конструкций с уменьшенным внешним диамет-ром широко применяется экранирование. Пленочные экраны, накладываемые на витые пары, минимально увеличивают их габариты, одновременно обеспечивая рост переходного затухания примерно на 20 дБ во всем частотном диапазоне.

В результате одновременного применения экранирования и снижения диаметра проволоки внешний диаметр кабеля категории 6а, относящегося к группе малогабаритных изделий, оказывается устойчиво ниже 6 мм независимо от материала внешней оболочки. Таким образом, получается, что кабель на десятки процентов тоньше своих полномасштабных аналогов.

Предполагается, что одной из наиболее емких областей применения кабелей малого диаметра станет зоновая проводка в ЦОДе. Несмотря на это, производители в своих фирменных материалах и руководствах пока не приводят аналитических соотношений, позволяющих простыми средствами определить предельную протяженность стационарной части составного тракта в зависимости от длины коммутационных шнуров. Эта особенность требует от проектировщиков и инженерно-технического персонала ЦОДа более высокого уровня профессиональных знаний.

Категории элементной базы

Само собой разумеется, что категория рассматриваемой элементной базы – понятие условное, так как обсуждаемые кабели принципиально не могут соответствовать всем тем условиям, которые зафиксированы в стандартах. Из аналогичных соображений не удается воспользоваться понятием класса линии, так как их максимальная протяженность не достигает нормативных 90 м. Тем не менее мы употребляем именно термин «категория», привычный широкому кругу русскоязычных специалистов.

Фокусной областью применения изделий новой разновидности являются ЦОДы, в которых в настоящее время и в ближайшей перспективе наиболее востребованы 10-гигабитные сетевые интерфейсы. Естественным образом стоит ожидать наибольшего предложения кабелей категории 6а, которая в свое время была создана для работы именно с таким активным сетевым оборудованием. При этом в изделиях категории 6а наиболее последовательно доведена до своего логического конца основная идея новой разработки: предельная минимизация внешнего диаметра. Максимальная протяженность тракта не превышает 55 м, т.е. она гармонизирована с категорией 6.

Намного более скупо представлены кабели категории 7 и ее новейшей модификации 7а. В этом случае калибр токопроводящей жилы уменьшен до 23 AWG, что, вообще говоря, характерно для продукции категории 6. Особенность этих изделий в том, что проигрыш по затуханию оказывается намного меньше, а максимальная протяженность стационарной линии при передаче 10-гигабитного информационного потока может достигать 80 м. Таким образом, их можно рассматривать как средство построения длинных линий при возникновении такой необходимости по местным условиям конкретного проекта.

Рыночные перспективы

Благодаря очевидным выгодам, которые в фокусной области применения дает обращение к симметричным кабелям категории 6а и выше с уменьшенным внешним диаметром, они в настоящее время широко представлены на рынке и выпускаются множеством производителей, в том числе такими известными компаниями, как Brand Rex, Panduit, Draka, Datwyler и Nexans. То, что в данном перечне присутствуют в основном европейские компании, объясняется наличием у них опыта разработки и производства экранированных конструкций, что безусловно необходимо для рассматриваемой продукции.

Справедливости ради следует отметить, что ряд других известных производителей (например, Siemon) проявляют в отношении этой техники достаточно большой скепсис. В основе такой позиции лежит соображение о том, что кабели малого диаметра не имеют никаких резервов в части поддержки перспективных 40-гигабитных сетевых интерфейсов. В этой ситуации более предпочтительной стратегией видится дождаться завершения работ по созданию элементной базы категории 8 с увеличенной до 1,5–2 ГГц шириной полосы нормирования параметров (проект 100Ohm Next Generation Cabling). Выигрыш с точки зрения улучшения условий работы системы воздушного охлаждения, несмотря на заметно больший внешний диаметр кабелей, достигается за счет уменьшения их количества.

Отметим, что максимальная протяженность тракта, реализованного на элементной базе категории 8, также будет составлять 50–55 м, уже привычные для ЦОДов.

  

Симметричные кабели СКС с уменьшенным внешним диаметром имеют достаточно большие перспективы при построении физического уровня информационной инфраструктуры аппаратного зала ЦОДа. Появление таких кабелей – естественный результат целенаправленной оптимизации СКС под коммерчески емкую область использования, выполненной с привлечением дополнительных данных с более высокого системного уровня. На рынке достаточно много изделий этой разновидности, предлагаемых рядом ведущих производителей СКС.

С учетом потенциально высокой практической востребованности кабелей с уменьшенным внешним диаметром в перспективе вполне возможно их выделение в отдельный самостоятельный подкласс кабельных изделий СКС.
Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!