Parallele optische Module erhöhen die Port-Dichte pro Rack Keinesfalls egal – Anschlüsse für die IT-Technik

Autor / Redakteur: Steve Sharp / Ulrike Ostler

Der Leistungsbedarf wird in Rechenzentren immer eine wichtige Entscheidungsgrundlage sein. Produkte und Konzepte, die den Gesamtleistungsbedarf reduzieren und helfen, die Leistung zu steuern, bleiben für die Architekten und Ausrüster von Datenzentren wichtig. Hier kommen paralleloptische Architekturen ins Spiel. Sie übernehmen eine wichtige Rolle bei der Leistungsbedarfssteuerung.

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Die Grafik zeigt ein typisches Layout für einen kompakten Top-Rack Switchmit Luftkühlung auf 1HE und auf der Frontplatte montierten Optiken.
Die Grafik zeigt ein typisches Layout für einen kompakten Top-Rack Switchmit Luftkühlung auf 1HE und auf der Frontplatte montierten Optiken.
(Bild: Avago Technologies)

Die Anforderungen an Online-Medien und -Applikationen in einer Cloud-Computing Umgebung werden immer größer – für die Kommunikation innerhalb von Datenzentren, Server-Formen, Netzwerk-Switches, Telekom Vermittlungsanlagen und vielen anderen Hochleistungs-Applikationen werden immer höhere Bandbreiten benötigt. Immer öfter werden parallele optische Module eingesetzt, da sie eine höhere Port-Dichte pro Rack und so eine höhere Gesamtbreite liefern. Darüber hinaus reduziert der Einsatz von parallelen Optiken auch den Gesamtleistungsbedarf in Datenzentren und die erforderliche Kühlleistung. Das alles vermindert die Betriebskosten eines Datenzentrums.

Der Faktor Energie-Einsparung

Parallele optische Module benötigen pro 10-Gigabit-Port weniger Leistung als diskrete einkanalige Module wie die 10 Gigabit SFP+ Optiken. Der Grund dafür ist der Einsatz eines Einzel-Asic-Bauteils im Modul, das vier oder zwölf Anschlüsse unterstützt.

Bild 1: Leistungsbedarf pro 10G Anschluss im Vergleich zur Anzahl der Anschlüsse
Bild 1: Leistungsbedarf pro 10G Anschluss im Vergleich zur Anzahl der Anschlüsse
(Bild: Avago Technologies)
Dadurch ergibt sich ein Leistungsbedarf für ein 12-kanaliges Modul – wie das steckbare CXP Modul – der nur ein Viertel von 12 einkanaligen SFP+ Modulen (SFP = Small Form-factor Pluggable) beträgt. Bild 1 zeigt die Betriebsleistungseinsparung, wenn man SFP+ Module durch vierkanalige QSF+ oder 12-kanalige CXP Module ersetzt.

Ein Rechenbeispiel

Um diese Energie-Einsparung zu verdeutlichen, stellen wir uns ein hypothetisches Datenzentrum mit 10.000 Servern vor. Wenn all diese Server 10 Gbps Verbindungen zu den Switches und den Routern nutzen, benötigt man 10.000 Ports, um die Server miteinander zu verbinden.

Bei einem Einsatz von SFP+ Modulen würde die Verlustleistung nur in diesen Modulen 10.000 Watt betragen. Beim Einsatz von 12-kanaligen parallelen Modulen würde diese Verlustleistung nur noch 2.500 Watt betragen – eine Einsparung von 7.500 Watt. In einem Monat ergibt sich daraus eine Ersparnis von 5.400 Kilowattstunden Energie – genug, um zum Beispiel einen Monat lang mehr als fünf Einfamilienhäuser zu versorgen.

Werden auch die Rack-To-Rack Einzelverbindungen auf Parallelverbindungs-Optiken umgestellt, ergeben sich weitere Energie-Einsparungen.

Der Faktor Kühlleistung

Genauso wie Host-ICs für ein optimales thermisches Management positioniert werden können, werden auch optische Embedded Module flexibel angeordnet, um das thermische Design zu erleichtern.

Bild 2: MiniPOD Transmitter und Receiver Module mit rundem Kabel
Bild 2: MiniPOD Transmitter und Receiver Module mit rundem Kabel
(Bild: Avago Technologies)

Kalte Luft wird über die Rückseite des Gehäuses angesaugt und über die Schalt-ICs und andere Schaltungsbauteile geleitet, wodurch sie sich erwärmt, bevor sie auf die vor der Frontplatte montierten optischen Module trifft. Hier tritt die warme Luft über kleine Löcher in der Abdeckung aus. Die durch die hohe IC-Verlustleistung vorgeheizte Luft kann für die am vorderen Rand der Platine montierten optischen Module ein signifikantes thermisches Problem darstellen und die gewünschte kompakte Bauweise negativ beeinflussen.

Im Vergleich dazu können optische Embedded-Module so platziert werden, dass sie nicht von vorgeheizter Luft betroffen sind. MTP-Adapter benötigen weniger Frontplattenfläche als Optiken, die an der Front montiert werden, wodurch sich eine größere Luftaustrittsfläche ergibt. Eine größere Luftbewegung durch den Switch und somit eine höhere Ventilator-Effizienz sind weitere mögliche Vorteile.

Der Vergleich

Um die praktischen Vorteile einer optischen Embedded Implementation zu verdeutlichen und zu qualifizieren, wurde ein thermischer Simulations-Vergleich durchgeführt: Ein System wurde mit CPX – ähnlich wie in Bild 2 gezeigt – und eines mit MiniPODTM-Modulen ausgestattet, die auf der Platinenfläche montiert wurden. Beide Systeme hatten die gleiche Verlustleistung. Die Embedded-Module allerdings waren optimal in der Nähe des Lufteinlasses platziert. So ergab die Simulation, dass die MiniPOD-Module bei einer bis zu 13 Grad niedrigeren Temperatur arbeiteten als die an der Frontseite montierten CPX-Module.

Dieser Kühleffekt macht die Module zuverlässiger und reduziert die Kosten für die Kühlung, da die Wärmeübertragung effizienter ist und eine kleinere Kühlanlage benötigt wird.

Paralleloptische Produkte für Datenzentren

Ein gutes Beispiel von paralleloptischen Produkten für Datenzentrum-Anwendungen sind die Produkte von Avago Technologies. Die neuen 4-kanaligen Module „AFBR-79EIDZ iSR4 QSFP+“ und die steckbaren 12-kanaligen „AFBR-83PDZ CPX“ und embedded MiniPODTM Module „AFBR-81uVxyZ/AFBR-82uVxyZ“ bieten die in modernen Datenzentren benötigte Port-Dichte und Energie-Einsparung.

Die QSFP+ iSR4 Module von Avago mit vier 10 G Anschlüssen in jede Richtung können mit vier separaten 10 G SFP+ Verbindungen verknüpft werden und erhöhen die Bandbreite innerhalb einer Line Card um mehr als das Dreifache bei gleichzeitiger 50-prozentiger Leistungsersparnis gegenüber einem SFP+ Modul mit einem Einzelanschluss.

Die MiniPOD-Module bieten die zurzeit höchste Frontplatten-Anschlussdichte der Industrie mit bis zu 36-fach höherer Dichte als die von Standard SFP+ Lösungen. Anwender, die eine steckbare Lösung wünschen, erhalten mit dem CXP-Transceiver eine Lösung für die Hälfte der Kosten pro 10Gbps Stecker gegenüber steckbaren Standard SFP+ Lösungen. Sowohl MiniPOD als auch CXP Lösungen arbeiten bei 25 Prozent des Leistungsbedarfes pro 10 Gbps Strecke im Vergleich zu SFP+ Modulen.

Der Autor:

Steve Sharp ist Corporate Marketing Manager bei Avago Technologies.

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