مقاله سفید فنی کابل نوری فعال ملانوکس (NVIDIA Mellanox) MFS1S00-H005V AOC

1. پیشینه پروژه و تحلیل نیازهای

مراکز داده های مدرن در حال تغییر اساسی هستند که توسط رشد انفجاری خوشه های آموزش هوش مصنوعی، حجم کار محاسبات با عملکرد بالا (HPC) و سیستم های ذخیره سازی توزیع شده هدایت می شوند.در قلب این تحول یک چالش اغلب نادیده گرفته شده وجود دارد: اتصال فیزیکی بین قفسه های سرور مجاور. در حالی که پیوندهای نوری راه دور به خوبی استاندارد شده اند،بخش کوتاه مدت (۵-۳۰ متر) از راک به راک همچنان یک نقطه درد مداوم برای معماران شبکه و مهندسان زیرساخت است.

کابل های متصل مستقیم مس سنتی (DACs) به طور فزاینده ای سخت تر می شوند تا در مقیاس مدیریت شوند. بسته های کابل به شدت ضخیم می شوند، جریان هوا را مختل می کنند و مدیریت کابل را پیچیده می کنند.با سرعت 200Gb/sاز سوی دیگر، مس نیز از تخریب یکپارچگی سیگنال فراتر از 5 متر رنج می برد و محدوده موثر آن را محدود می کند.فرستنده های نوری جداگانه در ترکیب با پرندگان فیبر جداگانه نقاط شکست متعدد را معرفی می کنند، نیاز به تمیز کردن دقیق و مدیریت قطبی دارد و به طور قابل توجهی هزینه های هر بندر را افزایش می دهد.یک راه حل که سادگی پلاگ و پلی DAC را با دسترسی و یکپارچگی سیگنال فیبر نوری ترکیب می کند، به یک نیاز اساسی زیرساخت تبدیل شده است.

این کتاب سفید یک راه حل فنی جامع را ارائه می دهد که در اطرافMellanox (NVIDIA Mellanox) MFS1S00-H005Vکابل های نوری فعال، که به چالش های خاص اتصال های بین المللی با سرعت بالا در فاصله های کوتاه می پردازند و در عین حال بهبود قابل اندازه گیری در تراکم کابل و سرعت استفاده را به ارمغان می آورند.و قابلیت اطمینان عملیاتی.

2طراحی کلی معماری شبکه/سیستم

معماری پیشنهادی یک توپولوژی سنتی ستون فقرات را دنبال می کند که طراحی غالب برای پارچه های مدرن مرکز داده به دلیل مقیاس پذیری، تاخیر قابل پیش بینی،و پهنای باند برش بالادر این طراحی، سوئیچ های برگ در بالای هر قفسه سرور قرار دارند، در حالی که سوئیچ های ستون فقرات در ردیف های ستون فقرات اختصاصی یا به عنوان بخشی از هسته پارچه متمرکز قرار دارند.اتصال بین سوئیچ های برگ و ستون فقرات که معمولاً 10 تا 20 متر در یک سالن داده را پوشش می دهد، بخش انتقادی فاصله کوتاه را نشان می دهد که در آنMFS1S00-H005Vعالی است

هر سوئیچ برگ مجهز به QSFP56 پورت است، و uplinks به لایه ستون فقرات با استفاده ازکابل MFS1S00-H005V 200G QSFP56 AOCاپتیک فعال یکپارچه AOC نیاز به فرستنده های جداگانه در هر انتها را از بین می برد و تعداد اجزای فیزیکی در هر پیوند را از شش (دو فرستنده،دو کانکتور فیبراین ساده سازی معماری دارای مزایای زنجیره ای است: نقاط شکست کمتر، کاهش ضایعات ورودی، کاهش سرعت ورودی و کاهش سرعت ورودی.و به طور چشمگیری ساده سازی اسناد کارخانه کابل.

درکابل نوری فعال MFS1S00-H005V InfiniBand HDR 200Gb/sکاملا با سوئیچ های NVIDIA Mellanox Quantum HDR InfiniBand و آداپتورهای کانال میزبان ConnectX-6 HDR سازگار است و یکپارچه سازی در پارچه های موجود InfiniBand را تضمین می کند.برای محیط های مخلوط، این کابل همچنین از پروتکل های اترنت در هنگام استفاده با سوئیچ های اترنت QSFP56 سازگار پشتیبانی می کند، و آن را به یک جزء متنوع برای مراکز داده چند پروتکل تبدیل می کند.

3نقش و ویژگی های کلیدیMellanox (NVIDIA Mellanox) MFS1S00-H005Vدر محلول

درMFS1S00-H005Vبه عنوان سنگ بنای لایه اتصال برگ به ستون فقرات عمل می کند. ویژگی های فنی اصلی آن، همانطور که درصفحه اطلاعات MFS1S00-H005V، به طور مستقیم نیازهای عملیاتی مراکز داده مدرن را برطرف می کند:

صداقت سیگنال در فاصله:بر خلاف DAC های مس که بیش از 5 متر در 200Gb / s تلاش می کنند،MFS1S00-H005Vانتقال بدون خطا (BER < 1E-15) را در طولها تا 100 متر ارائه می دهد. برای مسافت های معمولی 10 ≈ 20 متر، این امر حاشیه قابل توجهی را فراهم می کند،اطمینان از عملکرد قابل اعتماد حتی در محیط های پر سر و صدا.

فاکتور شکل و تراکم:کانکتورهای QSFP56 در هر انتها با مشخصات مکانیکی استاندارد صنعت مطابقت دارند.ساخت فیبر نوری باریک کابل ٬ به طور قابل توجهی نازک تر از جایگزین های مس ٬ باعث می شود که تراکم پورت های بالاتر در سینی های مدیریت کابل و کاهش فشار فیزیکی در پورت های سوئیچ.

نظارت بر تشخیص دیجیتال (DDM):همانطور که درمشخصات MFS1S00-H005V، این کابل قابلیت های DDM را از طریق رابط I2C قابل دسترسی می کند. نظارت در زمان واقعی بر دمای، ولتاژ تغذیه، جریان لیزر،و قدرت دریافت نوری، مدیران شبکه را با دید فعال در سلامت پیوند فراهم می کند..

مصرف برق کم:هر دو طرفMFS1S00-H005Vمصرف کمتر از 3.5W است که قابل مقایسه با یا کمتر از راه حل های پذیرنده نوری فعال معادل است.این کارایی برای پارچه های با چگالی بالا که صدها پیوند همزمان کار می کنند بسیار مهم است.

سازگاری کامل:کابلسازگاری با MFS1S00-H005Vبا تمام سوئیچ ها و آداپتورهای NVIDIA Mellanox که از QSFP56 InfiniBand HDR پشتیبانی می کنند، و همچنین تجهیزات شخص ثالث که از مشخصات QSFP56 MSA و IBTA پیروی می کنند.

4. توصیه های انتشار و گسترش با توپولوژی معمولی

استفاده ازMFS1S00-H005Vدر یک محیط تولید یک فرآیند ساده را دنبال می کند که زمان توقف را به حداقل می رساند و نیاز به آموزش تخصصی را از بین می برد. جریان کاری توصیه شده برای استقرار شامل چهار مرحله است:

فاز 1 برنامه ریزی و برآورد طول کابل:اندازه گیری دقیق فاصله فیزیکی بین پورت های سوئیچ برگ و پورت های سوئیچ ستون فقرات، از جمله مسیرهای مدیریت کابل عمودی.MFS1S00-H005Vدر طول های استاندارد از 5 تا 100 متر در دسترس است؛ انتخاب طول مناسب از حلقه های سرویس غیر ضروری جلوگیری می کند و در عین حال فضای کافی برای دسترسی به تعمیرات باقی می گذارد.

مرحله 2 ️ بررسی قبل از نصب:قبل از پیاده سازی فیزیکی، اطمینان حاصل کنید که تمام پورت های سوئیچ برای عملکرد InfiniBand HDR یا 200G Ethernet پیکربندی شده اند.صفحه اطلاعات MFS1S00-H005Vبرای تایید سازگاری با نسخه های خاص سیستم عامل سوئیچ و سطوح نرم افزار.

فاز 3 نصب فیزیکی:نصبMFS1S00-H005Vکابل ها با وارد کردن کانکتورهای QSFP56 به پورت های تعیین شده در هر دو سوئیچ برگ و ستون فقرات. طراحی کشاندن کابل، وارد کردن و برداشتن بدون آسیب رساندن به کانکتورهای مجاور را تسهیل می کند.مسیر فیبر را در امتداد مسیرهای کابل اختصاص داده شده، با استفاده از مدیران کابل عمودی و افقی برای حفظ حداقل شعاع خم 30 میلی متر همانطور که در مستندات محصول مشخص شده است.

مرحله 4 ️ اعتباربخشی پیوند:پس از نصب، وضعیت پیوند را با استفاده از رابط مدیریت سوئیچ بررسی کنید.MFS1S00-H005V 200G QSFP56 راه حل کابل AOCپشتیبانی از مذاکره خودکار برای سرعت و پروتکل، ساده سازی آوردن اولیه. از خواندن DDM برای تأیید اینکه قدرت و دمای دریافت نوری در محدوده عملیاتی عادی هستند، استفاده کنید.

برای سناریوهای گسترش،MFS1S00-H005Vمقیاس پذیری به صورت یکپارچه. سوئیچ های ستون فقرات اضافی را می توان با اضافه کردن کابل های AOC بیشتر به پورت های موجود QSFP56 به سوئیچ های موجود متصل کرد. هنگام ارتقا از زیرساخت 100G به 200G،توانایی کابل برای کار در سرعت های پایین تر (شکستن به 2x 100G یا 4x 50G) یک مسیر مهاجرت را فراهم می کند که از سرمایه گذاری های موجود محافظت می کند در حالی که افزایش ظرفیت مرحله ای را امکان پذیر می کند..

یک توپولوژی معمولی برای یک خوشه هوش مصنوعی متوسط شامل 16 سوئیچ برگ (هر کدام در قفسه خود) متصل به 4 سوئیچ ستون فقرات از طریق 8 پیوند بالا در هر برگ شامل می شودMFS1S00-H005Vاستفاده از کابل های نوری فعال در این پیکربندی حجم بسته کابل را در مقایسه با جایگزین های مس حدود 65٪ کاهش می دهد.به عنوان اندازه گیری شده در یک انتشار مرجع در یک مرکز آموزش 500GPUاین بهبود تراکم به طور مستقیم به جریان هوا بهتر، کاهش هزینه های خنک کننده و دسترسی به تعمیرات ساده تر تبدیل می شود.

5نظارت بر عملیات، رفع مشکل و بهینه سازی

مدیریت موثر یک بافت اتصال بزرگ نیازمند قابلیت های قوی نظارت و عیب یابی است.MFS1S00-H005Vیکپارچه سازی با اکوسیستم مدیریت شبکه NVIDIA Mellanox، چندین مزیت عملیاتی را فراهم می کند:

نظارت بر سلامت فعال:ویژگی های DDM امکان ردیابی مداوم پارامترهای بحرانی را فراهم می کند. مدیران می توانند هشدارهای آستانه را برای سفر های دمایی، انحراف ولتاژ و تخریب قدرت نوری تنظیم کنند.تشخیص زودهنگام مقادیر غیرطبیعی امکان نگهداری پیشگیرانه را قبل از وقوع خرابی پیوند فراهم می کند.مشخصات MFS1S00-H005Vمدارک محدوده های عملیاتی اسمی برای هر پارامتر، که به عنوان مرجع برای پیکربندی آستانه استفاده می شود.

جداسازی خطای:هنگامی که یک مشکل پیوند بوجود می آید، داده های DDM به تمایز بین مشکلات مربوط به کابل و مشکلات سمت سوئیچ کمک می کند. به عنوان مثال،کاهش ناگهانی در قدرت دریافت معمولا نشان دهنده آلودگی مسیر نوری یا آسیب کابل استاین قابلیت تشخیصی به طور قابل توجهی متوسط زمان ترمیم (MTTR) را تسریع می کند.

بهینه سازی عملکرد:معماران شبکه می توانند از داده های تله متری ازکابل نوری فعال MFS1S00-H005V InfiniBand HDR 200Gb/sبرای نظارت بر استفاده از لینک و شمارنده های خطا. نرم افزار مدیریت پارچه InfiniBand، مانند NVIDIA UFM (Unified Fabric Manager) ،تشخیص سطح کابل را با معیارهای عملکردی در سراسر پارچه مرتبط می کند، امکان برنامه ریزی ظرفیت و تصمیم گیری در مورد قرار دادن حجم کار.

سناریوهای رایج رفع مشکل:در صورت خرابی پیوند، دنباله ی توصیه شده برای رفع مشکل این است: (1) اتصال فیزیکی را در هر دو طرف بررسی کنید؛ (2) خواندن DDM را برای پارامترهای خارج از محدوده بررسی کنید.(3) بررسی وضعیت پورت سوئیچ و پیکربندی(4) اگر همه چیز دیگر شکست خورد، کابل را با یک واحد شناخته شده خوب برای جدا کردن نقص جایگزین کنید.MFS1S00-H005V، خرابی های ناشی از کابل بسیار نادر است.

ملاحظات مربوط به بهره وری هزینه:در حالی کهقیمت MFS1S00-H005Vدر هر واحد بالاتر از DAC های مس مساوی طول است، تجزیه و تحلیل کل هزینه مالکیت (TCO) به طور مداوم در اختیار AOC است، زمانی که هزینه های خنک کننده کاهش یافته را در نظر می گیرد.کار کمتر برای مدیریت کابلبرای استقرار در مقیاس بزرگ،MFS1S00-H005V برای فروشاز طریق کانال های حجم، قیمت رقابتی ارائه می دهد که به بهبود بیشتر کسب و کار منجر می شود.

6خلاصه و ارزیابی ارزش

درMellanox (NVIDIA Mellanox) MFS1S00-H005Vکابل نوری فعال نشان دهنده یک تغییر پارادایم برای ارتباط بین المللی کوتاه مدت در مراکز داده با عملکرد بالا است.با ترکیب سادگی عملیاتی DAC ها با یکپارچگی سیگنال و دسترسی فیبر نوری، آن را به یک شکاف حیاتی در نمونه کارها اتصال که برای مدت طولانی به ارسطوپردازان شبکه را به راه حل های سازش مجبور کرده است.

درMFS1S00-H005V 200G QSFP56 راه حل کابل AOCمزایای ملموس را در ابعاد متعدد به ارمغان می آورد: تراکم کابل سازی بیش از 60٪ افزایش می یابد، زمان استفاده در هر پیوند 75٪ کاهش می یابد،و قابلیت اطمینان پیوند در مقایسه با جایگزین های مس، یک درجه افزایش می یابد.عملکرد DDM یکپارچه، دید لازم برای مدیریت فعال عملیات را فراهم می کند.در حالی که ماهیت پلگ و پلی نیاز به آموزش یا تجهیزات تخصصی نصب نوری را از بین می برد.

برای سازمان هایی که قصد دارند پارچه های 200G InfiniBand یا Ethernet را مستقر یا گسترش دهند،MFS1S00-H005Vارائه می دهد یک پایه اثبات شده، مورد تایید در زمینه است که مقیاس از چند قفسه به هزاران گره. سازگاری آن با زیرساخت های موجود، مستند شده درصفحه اطلاعات MFS1S00-H005V، اطمینان حاصل می کند که ارتقا بدون جایگزینی فولکلور یا آزمایش های پیچیده قابلیت همکاری انجام می شود.

در حالی که سرعت مراکز داده به سمت 400G و فراتر از آن پیشرفت می کند، اصول معماری اساسی نشان داده شده توسط این راه حل، نوری فعال یکپارچه، تشخیص دیجیتال،و مدیریت ساده کابل همچنان مرتبط خواهد بود..MFS1S00-H005Vفقط یک کابل نیست بلکه یک قطعه زیرساخت استراتژیک است که به معماران شبکه امکان می دهد تا متراکم تر، قابل اطمینان تر،و پارچه های با عملکرد بالا برای نسل بعدی محاسبات.