Thích nghi với số lượng cáp quang nhiều hơn trong Trung Tâm Dữ Liệu (Data Center) Thứ ba, 12 Tháng 5 2020 11:49

Khối lượng traffic kỹ thuật số đổ vào Trung tâm dữ liệu (TTDL) ngày càng tăng;trong khi đó, một thế hệ những ứng dụng mới đang được thúc đẩy bởi những côngnghệ tiên tiến như nền tảng 5G, AI và sự giao tiếp giữa máy với máy, điều này đangđưa ra các yêu cầu về độ trễ cao và khắt khe hơn vào phạm vi 1/1000 giây. Nhữngxu hướng này và những xu hướng khác đang được hội tụ trong cơ sở hạ tầng củaTTDL, buộc các nhà quản lý mạng cần phải suy nghĩ lại về cách họ làm trước đây vàthay đổi nó.

Theo truyền thống, hệ thống mạng có 4 cấp độ chính để đáp ứng nhu cầu ngàycàng tăng về yêu cầu độ trễ thấp hơn và lưu lượng truy cập tăng hơn.

- Giảm mất tín hiệu trong link - Rút ngắn khoảng cách trong link - Tăng tốc độ tín hiệu - Tăng kích thước của đường truyền tải

Trong khi các TTDL đang sử dụng cả 4 phương pháp tiếp cận ở một mức độ nào đó,thì trọng tâm chính là cần tăng số lượng cáp quang. Trong lịch sử, hệ thống cápmạng lõi chứa 24, 72, 144 hoặc 288 sợi quang. Ở các cấp độ này, TTDL có thể chạycác sợi quang rời rạc giữa phần cáp trục chính và các thiết bị chuyển mạch hoặc cácthiết bị Servers, sau đó sử dụng các phụ kiện đấu nối cáp để cài đặt một cách hiệuquả. Ngày nay, cáp quang được triển khai nhiều gấp 20 lần số lượng core quangtrên mỗi sợi cáp.

Số lượng sợi quang nhiều hơn kết hợp với cấu trúc cáp nhỏ gọn đặc biệt rất hữu íchkhi kết nối các TTDL với nhau (Data Center Interconnection – DCI). Hệ thống cáptrunk kết nối giữa các TTDL lên tới hơn 3000 sợi quang là khá phổ biến để kết nốihai hệ thống TTDL lớn, và các nhà vận hành cũng cần có kế hoạch để tăng gấp đôicông suất thiết kế đó trong tương lai gần. Bên trong các TTDL, các khu vực cần đấu

1 / 4

Thích nghi với số lượng cáp quang nhiều hơn trong Trung Tâm Dữ Liệu (Data Center) Thứ ba, 12 Tháng 5 2020 11:49

nối sẽ bao gồm phần cáp trục chính (Backbone Trunk Cable) kết nối giữa hai hệthống Core Switch hoặc từ các phòng tiêu chuẩn tới hệ thống Switch trên các tủRack.

Cho dù cấu hình TTDL được gọi là các kết nối Point - to - Point (điểm tới điểm) hoặcSwitch tới Switch, việc số lượng sợi cáp quang tăng lên cũng là một thách thứckhông nhỏ cho các TTDL về việc cung cấp băng thông lớn và dung lượng cao là cầnthiết.

Số lượng cáp quang khổng lồ tạo ra hai thách thức lớn cho TTDL. Đầu tiên là làm thếnào để triển khai nó một cách nhanh và hiệu quả nhất, làm thế nào để đi cáp trongống, làm thế nào để bạn lấy nó ra khỏi ống, làm thế nào để bạn chạy nó giữa cáctuyến cáp qua các con đường? Sau khi cài đặt xong, thử thách thứ hai là làm thếnào để bạn có thể quản lý nó, làm thế nào để đấu nối nó tới hệ thống Switch vàServer Rack?

Cáp quang dạng sợi ruy băng (ribbon fiber)

Sự phát triển của thiết kế sợi cáp quang là một đáp ứng liên tục cho nhu cầu về cácđường truyền dữ liệu nhiều hơn và nhanh hơn. Khi những nhu cầu đó tăng lên, cáccách thức mà sợi quang được thiết kế và đóng gói nó trong một sợi cáp cũng đãphát triển hơn, việc này cho phép các TTDL tăng số lượng sợi quang và không nhấtthiết phải tăng số lượng sợi cáp, hay kích thước của sợi cáp. Cáp quang Ribbon cóthể gộp nhiều sợi quang trong một dải giúp cải tiến hơn.

Cáp quang Ribbon có thể được cuộn và xếp trồng lên nhau tại các điểm không liêntục

2 / 4

Thích nghi với số lượng cáp quang nhiều hơn trong Trung Tâm Dữ Liệu (Data Center) Thứ ba, 12 Tháng 5 2020 11:49

Cáp quang sợi Ribbon có thể cuộn được một phần dựa trên sự phát triển trước đócủa cáp quang dạng ống lỏng ribbon.  Nó dược giới thiệu vào giữa những năm 1990,chủ yếu sử dụng cho các mạng OSP, cáp Ribbon dạng ống trung tâm có các dải ruybăng lên tới 864 sợi quang trong một ống đệm trung tâm. Các sợi quang được nhómlại và liên tục liên kết với nhau dọc theo chiều dài của sợi cáp giúp tăng độ cứng củanó. Mặc dù điều này ít bị ảnh hưởng khi triển khai cáp trong ứng dụng OSP trongTTDL, cáp cứng là không mong muốn vì nó hạn chế việc kéo và đi cáp.

Trong cáp quang Ribbon các sợi quang được gắn xen kẽ tạo thành một mạng lướikhông chắc chắn. Thiết kế này làm cho dải băng linh hoạt hơn, cho phép các nhàsản xuất thiết kế lên tới 3.456 sợi quang trong một dải ruy băng 2 inch, mật độ caogấp đôi so với sợi cáp quang được sản xuất theo cách thông thường. Cấu trúc nàylàm giảm bán kính uốn cong, làm cho các sợi quang này dễ dàng hoạt động hơnbên trong những không gian chật trội của các TTDL.

Bên trong sợi cáp, các sợi quang liên kết không liên tục đảm nhận các đặc tính vậtlý của cáp quang lỏng lẻo dễ uốn cong, giúp quản lý trong không gian hẹp một cáchdễ dàng. Ngoài ra, cáp quang sợi ruy băng có thể cuộn sử dụng thiết kế hoàn toànkhông có Gel giúp giảm thời gian cần thiết để chuẩn bị hàn nối, do đó giúp giảm chiphí nhân công. Liên kết không liên tục giúp duy trì sự liên kết sợi cần thiết cho việchàn nối theo dải ruy băng điển hình.

Giảm thiểu đường kính cáp

Trong nhiều thập kỷ qua, gần như tất cả các sợi cáp quang viễn thông đã có đườngkính lớp phủ danh nghĩa là 250um. Với nhu cầu ngày càng tăng đối với các loại cápcó kích thước nhỏ hơn, điều này đã bắt đầu thay đổi. Nhiều thiết kế cáp đã đạt tớigiới hạn thực tế để giảm đường kính của sợi cáp quang tiêu chuẩn. Nhưng một sợicáp quang có kích thước nhỏ hơn và cho phép giảm thêm. Sợi cáp quang với lớpphủ 200 um hiện đang được sử dụng trong cáp quang Ribbon và cáp Micro-duct.

3 / 4

Thích nghi với số lượng cáp quang nhiều hơn trong Trung Tâm Dữ Liệu (Data Center) Thứ ba, 12 Tháng 5 2020 11:49

Đối với hiệu suát quang học và tương thích mối nối, sợi quang có kích thước 200 umcó tính năng tương tự như sợi quang có kích thước 250 um Điều quan trọng là phải nhấn mạnh rằng lớp đệm là phần duy nhất của sợi quangđã bị thay đổi. Sợi 200 um vẫn giữ lại đường kính lớp cladding là 125 um của mộtsợi cáp quang thông thường để duy trì việc tương thích các thành phần đấu nối. Khilớp phủ đệm đã bị loại bỏ, quy trình hàn nối của sợi 200 um và 250 um là tương nhưnhau. Chipset mới đang làm phức tạp thêm thách thức Tất cả các máy chủ trong cùng hang được cung cấp để hỗ trợ tốc dộ kết nối nhấtđịnh. Nhưng ngày nay, các hệ thống mạng siêu hội tụ (hyper-Converged FabricNetworks) là rất hiếm khi các máy chủ này cần chạy ở tốc độ truyền tải tối đa củachúng trong cùng một thời điểm. Sự khác biệt giữa yêu cầu khả năng băng thôngupstream và downstream được biết đến gọi là tỉ lệ cạnh tranh. Trong một vài vị trímạng, chẳng hạn như liên kết chuyển mạch giữa các switch (Inter-Switch Link – ISL)tỉ lệ cạnh tranh này có thể lên tới 7:1 hoặc 10:1. Tỉ lệ cao hơn được chọn để giảmchi phí chuyển đổi nhưng dẫn tới khả năng tắc nghẽn mạng cũng tăng lên với cácthiết kế này. Tỉ lệ này trở nên quan trọng hơn khi xây dựng hệ thống mạng máy chủ lớn. Nhưchuyển đổi khả năng tăng trưởng băng thông switch tới switch, các kết nối tớiswitch thì giảm. Điều này đòi hỏi nhiều lớp mạng Leaf-Spine được kết hợp để đápứng được số lượng kết nối yêu cầu của hệ thống máy chủ. Mỗi lớp Switch thêm chiphí, năng lượng, chi phí, độ trễ là đương nhiên. Công nghệ chuyển mạch đã đượctập trung vào vấn đề này thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng trong các hệ thốngSwitch ASIC. Vào ngày 9/12/2019 Broadcom đã bắt đầu vận chuyển hệ thống SwitchStrataXGS Tomahawk 4 mới nhất cho công suất chuyển mạch Ethernet lên tới 25,6Terabits/giây trong một chipset ASIC duy nhất. Điều này xuất hiện chưa đầy hainăm khi mà Tomahawk 3 được giới thiệu trước đó với tốc độ lên tới 12,8 Tb/s trênmột thiết bị. Những Chipset ASIC này không chỉ giúp tăng tốc độ theo làn, mà còn tăng số lượngcổng trên chúng. Các TTDL có thể giữ tỉ lệ cạnh tranh (Upstream và Downstream)trong việc kiểm tra. Một switch được dựng với một chipset TH3 ASIC duy nhát hỗ trợ400G và 32 ports. Mỗi port có thể chia ra thành 8 cổng 50GE ports kết nối tới máychủ. Những cổng này có thể nhóm lại để tạo thành các kết nối lên tới 100G, 200Gvà 400G. Mỗi cổng Switch có thể thay đổi giữa cáp quang loại 1 đôi, 2 đôi, 4 đôihoặc 8 đôi trong cùng một module quang QSFP. Mặc dù điều này có vẻ phức tạp nhưng nó rất hữu ích để giúp loại bỏ tỉ lệDownstream và Upstream quá mức. Các thiết bị chuyển mạch dạng này hiện có thểkết nối lên tới 192 Servers trong khi vẫn duy trì tỉ lệ cạnh tranh là 3:1 và 8 cổng kếtnối leaf-spine lên tới 400G. Switch này hiện thay thế cho loại 6 cổng của thế hệtrước. Các thiết bị chuyển mạch TH4 sẽ có 32 cổng và up tới 800Gb. Chipset ASIC tăng tốcđộ kết nối lên tới 100G. Thông số kỹ thuật điện và quang học đang được phát triểnđể hỗ trợ truyền tải 100G trên 1 kết nối. Hệ sinh thái 100G sẽ cung cấp một cơ sởhạ tầng được tối ưu hóa phù hợp hơn với khối lượng công việc của hệ thống máychủ đòi hỏi tốc độ cao và hệ thống AI trong tương lai gần. Vai trò phát triển của nhà cung cấp cáp Trong môi trường đầy phức tạp và chuyển mình này, vai trò của nhà cung cấp cápđang đảm nhận một tầm quan trọng mới. Trong khi cáp quang có thể được coi làmột sản phẩm hàng hóa thay vì một giải pháp kỹ thuật, điều này không còn là vấnđề nữa. Với rất nhiều điều cần biết tới với nhiều lợi ích, các nhà cung cấp đã chuyểnsang các đối tác công nghệ, điều quan trọng đối với thành công của các TTDL là cácnhà tích hợp hệ thống và nhà thiết kế hệ thống đấu nối. Chủ sở hữu và nhà điều hành của các TTDL đang ngày càng phụ thuộc vào các đốitác cáp của họ về chuyên môn trong việc đấu nối hệ thống cáp quang, hiệu suất thuphát, thiết bị đấu nối và thử nghiệm, v..v.. Do đó vai trò này đòi hỏi các đối tác cápphải phát triển quan hệ làm việc chặt chẽ hơn với những người liên quan tới cơ sởhạ tầng cũng như các bộ phận tiêu chuẩn. Khi các tiêu chuẩn xung quanh tăng lên như tốc độ truyền tải đa luồng nhà cungcấp cáp đóng vai trò lớn hơn trong việc kích hoạt lộ trình công nghệ của TTDL. Hiệntại, các tiêu chuẩn liên quan đến 100GE hay 400GE và 800GE liên quan đến mộtloạt những lựa chọn đang được thay thế chóng mặt. Trong mỗi tùy chọn, có nhiềucách để tiếp cận, bao gồm ghép kênh song song và phân chia theo bước sóng – mỗiphương pháp đều có một ứng dụng được tối ưu hóa. Thiết kế cơ sở hạ tầng cáp cầnphải dược cho phép tất cả các lựa chọn thay thế. Tất cả trở lại cân bằng Khi số lượng cáp quang tăng lên, lượng không gian có sẵn trong TTDL sẽ bị thu hẹplại. Việc tìm kiếm các thành phần khác, cụ thể như Server, Tủ Rack để cung cấpnhiều với kích thước nhỏ hơn để thay thế. Không gian đã là quan trọng và duy nhấtđể tối đa hóa trong các TTDL. Kết hợp với thiết kế sợi cáp quang mới dạng Ribbongiúp kích thước cáp giảm, kỹ thuật điều chế tiên tiến giúp chiếm ít không gian trongTTDL làm hài long các nhà quản lý hệ thống mạng và các đối tác. Nếu tăng trưởng công nghệ là bất kỳ dấu hiệu nào ở phía trước, các TTDL, đặc biệtlà ở cấp độ Cloud Hyperscale. Khi nhu cầu băng thông và dịch vụ cung cấp tăng lên,độ trễ trở nên quan trọng hơn đối với người dùng cuối, sẽ có nhiều sợi quang hơnđược đẩy sâu vào trong hạ tầng mạng. Các cơ sở mạng Cloud-base và hyperscale đang chịu áp lực ngày càng tăng để cungcấp kết nối cực kỳ đáng tin cậy cho người dùng cuối, thiết bị và ứng dụng cũng ngàycàng tăng theo. Khả năng triển khai và quản lý số lượng cáp sợi quang cũng tăngcao hơn bao giờ hết để đáp ứng nhu cầu đó. Mục tiêu là đạt được sự cân bằng bằngcách cung cấp đúng số lượng sợi quang tới đúng thiết bị, đồng thời cho phép việcbảo trì và quản lý tốt và hỗ trợ sự phát triển trong tương lai. Bởi vậy, hãy tạo dựngkhóa học của bạn và có một niềm tin vững chắc với CommScope. (Tin từ anh Trương Quốc Sự, Kỹ sư Hệ Thống của CommScope Việt Nam, ngày11/5/2020) Thông tin tham khảo: 1. Bài viết được dịch từ CommScope Blog (đường link):  https://www.commscope.com/blog/2020/adapting-to-higher-fiber-counts-in-the-data-center/ 2. Thông tin về tác giả:   1. Jason Bautista: Là kiến trúc sư giải pháp cho các trung tâm dữ liệuHyperscale và Multi-thuê, Jason chịu trách nhiệm cho phát triển thị trường dữ liệucho CommScope. Ông đang theo dõi các xu hướng trong thị trường trung tâm dữliệu để giúp thúc đẩy chiến lược lộ trình sản phẩm, các giải pháp và cho khách hàngTrung tâm dữ liệu cho Hyperscale và nhiều người thuê. Trước khi gia nhập nhómgiải pháp Cloud và Hyperscale ở 2019, ông đã từng chịu trách nhiệm phát triển thịtrường doanh nghiệp toàn cầu cho giải pháp Workspace của CommScope. Jason đãcó hơn 19 năm kinh nghiệm trong ngành công nghiệp mạng đã tổ chức khách hàngkhác nhau đối mặt với các vị trí trong phát triển sản phẩm, tiếp thị và hỗ trợ chomột phạm vi đa dạng của các mạng và khách hàng trên toàn cầu. 2. Ken Hall: là kiến trúc sư Trung tâm dữ liệu cho Bắc Mỹ tại CommScope, chịutrách nhiệm về công nghệ và tư tưởng lãnh đạo, cũng như lập kế hoạch di chuyểntốc độ cao cho doanh nghiệp và các trung tâm dữ liệu liên quan. Ken đã được vớiCommScope và các công ty mua lại khác trong 32 năm trong chương trình toàn cầuvà quản lý dự án, bán hàng kỹ thuật, tiếp thị và các tiêu chuẩn công nghiệp. 3. Một số thông tin về sản phẩm liên quan bài viết (Link tham khảo phía dưới) Ribbon portfolio:  https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/3228-rollable-ribbon-osp-fiber-cable-family-pa-113170-en.pdf?r=1 Ribbon Order Guide:  https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/2993-mtdc-rollable-ribbon-ordering-guide-co-113243-en.pdf?r=1 Outside Plant Fiber Cables:  https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/3109-osp-fiber-cable-guide-co-112925-en.pdf?r=1 E-Catalog CommScope:  https://www.commscope.com/product-type/cables/fiber-cables/

4 / 4