โซลูชันการเดินสายสำหรับศูนย์ข้อมูลในปัจจุบัน

เช่นเดียวกันกับท่อที่ส่งแก๊สหรือน้ำมัน สายเคเบิลก็ส่งข้อมูลซึ่งเป็นเชื้อเพลิงในการประมวลผลเช่นกัน

ประเภทของสายเคเบิลที่อุปกรณ์ข้อมูลและการสื่อสารต้องการขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ประเภทของการรับส่งข้อมูลและระยะทางที่เดินทาง ตัวอย่างเช่น สายเคเบิลสำหรับการจัดเก็บข้อมูลจะกำหนดเส้นทางการรับส่งข้อมูลจากคอมพิวเตอร์ไปยังสวิตช์จัดเก็บข้อมูลไปยังหน่วยจัดเก็บข้อมูล ในขณะที่สายเคเบิลสำหรับการรับส่งข้อมูลเครือข่ายจะกำหนดเส้นทางข้อมูลจากคอมพิวเตอร์ไปยังสวิตช์เครือข่ายไปยังเราเตอร์ การจราจรโทรคมนาคมเคลื่อนย้ายจากเสาโทรศัพท์มือถือหรือกล่องเคเบิลไปยังสำนักงานกลาง แต่ละประเภทจะต้องใช้สายเคเบิลที่แตกต่างกัน

ระยะทางก็สำคัญเช่นกัน การเดินสายเคเบิลสามารถวางได้ในระยะทางสั้น ๆ ภายในแร็คเซิร์ฟเวอร์เดียวกัน หรือระหว่างแร็คหรือห้องที่แตกต่างกันในอาคาร อย่างไรก็ตาม สายเคเบิลอื่นๆ จะต้องครอบคลุมทั่วทั้งมหาวิทยาลัยและเดินเป็นระยะทางหลายไมล์

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา การตัดสินใจเกี่ยวกับสายเคเบิลกลายมาเป็นสิ่งสำคัญเพิ่มมากขึ้นเนื่องจากการพัฒนาโดยรวมประการหนึ่ง: การเติบโตอย่างรวดเร็วของศูนย์ข้อมูล

การเพิ่มขึ้นของศูนย์ข้อมูล

การปฏิวัติทางปัญญาประดิษฐ์ AI ขับเคลื่อนด้วยศูนย์ข้อมูลความเร็วสูง ซึ่งทำหน้าที่เป็นส่วนสำคัญในการคำนวณสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ การเติบโตอย่างก้าวกระโดดของ AI ทำให้ความต้องการศูนย์ข้อมูลก็มีการเติบโตตามไปด้วย สหรัฐอเมริกาเพียงประเทศเดียวจะมีความต้องการศูนย์ข้อมูลเพิ่มขึ้น 10% อย่างน้อยจนถึงปี 2030 ตามข้อมูลของ McKinsey นอกจากนี้ จากรายงานของ Dell'Oro Group พบว่าค่าใช้จ่ายด้านทุนในศูนย์ข้อมูลเติบโตขึ้นเกือบ 50% ในไตรมาสที่ 2 ปี 2024 ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นจากเซิร์ฟเวอร์ AI

เพื่อตอบสนองความต้องการการประมวลผลความเร็วสูงที่ไม่อาจหยุดยั้งได้ การเพิ่มจำนวนศูนย์ข้อมูลเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพออีกต่อไป นอกจากนี้ ยังมีแรงกดดันสำหรับประสิทธิภาพที่ดีขึ้น รวดเร็วขึ้น และปริมาณงานที่สูงขึ้นจากเซิร์ฟเวอร์ประสิทธิภาพสูง ทั้งในการรับส่งข้อมูลภายในศูนย์ข้อมูลและระหว่างศูนย์ข้อมูลผ่านเครือข่ายเชื่อมต่อ ในขณะที่เครือข่าย 100G เคยเป็นมาตรฐานทองคำ แต่การปรับใช้เครือข่าย 400G กำลังกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้น โดยมี IIoT การประมวลผลแบบคลาวด์ และ AI เป็นตัวกระตุ้นในการนำมาใช้ การพัฒนาศูนย์ข้อมูลอีกประการหนึ่งที่ต้องติดตามคือความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นในการลดการใช้พลังงาน ซึ่งหมายความว่าความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลจะต้องเพิ่มขึ้นและประหยัดพลังงานมากขึ้น

ความต้องการการประมวลผลที่ใหญ่กว่า ดีกว่า เร็วกว่า และประหยัดพลังงานมากขึ้นหมายถึงอะไรสำหรับการเดินสายเคเบิลศูนย์ข้อมูล? โดยพื้นฐานแล้ว สายเคเบิลต้องสามารถถ่ายโอนข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว มีค่าความหน่วงเวลาต่ำ และไม่สูญเสียแพ็คเก็ตข้อมูลหรือกินพลังงานมากเกินไป สายเคเบิลยังต้องทำหน้าที่นี้โดยไม่สร้างความร้อนมากเกินไป เนื่องจากการทำความเย็นยังต้องใช้พลังงานอีกด้วย

แม้ว่าศูนย์ข้อมูลจะมีอุปกรณ์ต่างๆ มากมายหลายสิบประเภท เช่น ระบบเครือข่าย ระบบทำความเย็น ระบบจัดเก็บ และระบบจ่ายไฟ แต่สำหรับบทความนี้ เราจะเน้นที่การเดินสายไปยังส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ของแร็คศูนย์ข้อมูลทั่วไป ซึ่งอาจรวมถึงสวิตช์ซึ่งทำหน้าที่เหมือนตัวควบคุมปริมาณการรับส่งข้อมูลและทรานซีฟเวอร์ซึ่งแปลงข้อมูลจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง

สายเคเบิลสำหรับศูนย์ข้อมูลในปัจจุบัน

สายเคเบิลสามประเภทที่มักใช้สำหรับการสื่อสารปริมาณสูง เช่น ความจุ 10Gbps หรือประเภทที่ทันสมัยที่สุดคือ 400Gbps การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตที่บ้านทั่วไปมีความเร็วน้อยกว่า 1Gbps

สายเคเบิล CAT6: สาย CAT6 มักใช้กับเครือข่ายคอมพิวเตอร์ในการรับส่งเฟรม Ethernet โดยจะใช้ขั้วต่อ RJ45 ในการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์สวิตช์ จะใช้เครื่องรับส่งสัญญาณ RJ45 เพื่อแปลงสัญญาณจากสวิตช์เป็นสัญญาณที่รองรับ RJ45 และแปลงกลับมาที่ปลายอีกด้านหนึ่งอีกครั้ง มีค่า Latency ประมาณ 2.6ns และสามารถทำงานได้ประมาณ 100m. เครื่องรับส่งสัญญาณเพิ่มการกินไฟประมาณ 4W

เส้นใยแก้วนำแสง: ใยแก้วนำแสงซึ่งใช้กันทั่วไปในการสื่อสารด้วยวิดีโอและเสียง ยังถูกนำไปใช้งานในระบบเครือข่ายและข้อมูลอีกด้วย อุปกรณ์นี้ใช้ตัวเชื่อมต่อแบบออปติคัลและต้องใช้เครื่องรับส่งสัญญาณเพื่อแปลงไฟฟ้าเป็นแสงแล้วจึงแปลงกลับมาเป็นไฟฟ้าอีกครั้ง เมื่อแปลงเป็นแสงแล้ว ความหน่วงของใยแก้วนำแสงจะอยู่ที่ประมาณ 0.1ns และสามารถทำงานได้ไกลหลายร้อยเมตร อย่างไรก็ตาม มันเป็นเรื่องที่พิถีพิถันมาก เนื่องจากใยแก้วนำแสงมีแก้วหรือพลาสติกซึ่งไม่ชอบงอ และหากปลายสายไปเจอฝุ่นละออง ความจุก็จะลดลง อีกทั้งยังมีราคาแพง โดยเฉพาะเมื่อเพิ่มตัวรับส่งสัญญาณออปติคอลซึ่งจะเพิ่มการใช้พลังงานประมาณ 4W

ทองแดงต่อตรง (DAC): DAC เป็นตัวเลือกการเดินสายที่ง่ายที่สุดและให้อภัยได้มากที่สุด ผลิตจากสายทองแดง เหมาะที่สุดสำหรับการใช้งานระยะทางสั้น เช่น ส่วนประกอบภายในชั้นวางเดียวกัน DAC มีราคาไม่แพงและมีความยืดหยุ่น และสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องใช้ทรานซีฟเวอร์เมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่เข้ากันได้ แต่จะใช้งานได้เพียงไม่กี่เมตรเท่านั้น นอกจากนี้ ไม่ควรวาง DAC ใกล้กับแหล่งจ่ายไฟ แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ หรือแม่เหล็กมากเกินไป เพราะอาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนได้

DAC มี 2 แบบ คือ แบบพาสซีฟ และแบบแอ็กทีฟ DAC แบบพาสซีฟไม่มีตัวรับส่งสัญญาณ และเนื่องจากการส่งสัญญาณเป็นแบบพาสซีฟ จึงถ่ายโอนสัญญาณเดิมตามที่เป็นอยู่ การไม่มีเครื่องส่งสัญญาณช่วยลดการใช้พลังงานให้น้อยที่สุด

DAC แบบแอ็กทีฟจะมีทรานซีฟเวอร์ในตัวที่ช่วยชดเชยการสูญเสียสัญญาณที่อาจเกิดขึ้นได้ ทำให้เป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยกว่าสำหรับการใช้งานระยะไกลในศูนย์ข้อมูล การเพิ่มองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ทรานซีฟเวอร์ จะทำให้การใช้พลังงานของ DAC ที่ใช้งานอยู่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1 วัตต์

ข้อดีของ DAC สำหรับศูนย์ข้อมูล

ในศูนย์ข้อมูล ความล่าช้า ซึ่งคือเวลาที่ข้อมูลใช้ในการเคลื่อนย้ายจากแหล่งหนึ่งไปยังอีกแหล่งหนึ่ง จะต้องสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แอปพลิเคชันที่มีความสำคัญต่อเวลาหลายรายการ เช่น หุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ (AMR) ในคลังสินค้าหรือการซื้อขายรายวันในระบบการเงิน ล้วนทำงานภายใต้การตัดสินใจในเสี้ยววินาที ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของ DAC ก็คือมีค่าความหน่วงที่ต่ำ คุณสมบัติที่สำคัญของ DAC นี้เป็นผลโดยตรงจากความเรียบง่ายของมัน ไม่มีส่วนประกอบตัวกลางที่ซับซ้อนใดๆ ที่ข้อมูลจะต้องผ่าน ทำให้การออกแบบมีความซับซ้อนน้อยลงและง่ายต่อการดูแลรักษา

DAC ยังเป็นตัวเลือกการเดินสายที่ราคาไม่แพง และโดยเฉพาะ DAC แบบพาสซีฟจะใช้พลังงานน้อยมาก ข้อจำกัดที่ใหญ่ที่สุดคือความยาวที่สายเคเบิลเหล่านี้สามารถทำงานได้โดยไม่ทำให้สัญญาณเสื่อมลงมากเกินไป ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณไม่กี่เมตร DAC อาจไม่ได้มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการส่งข้อมูลระยะไกล แต่เหมาะที่สุดสำหรับการเชื่อมต่อระยะสั้นภายในแร็คเดียวกันหรือระหว่างแร็ค ความสามารถในการโค้งงอทำให้เหมาะเป็นพิเศษสำหรับการเชื่อมต่อหนาแน่นที่ต้องผ่านระหว่างกันและผ่านมุมแคบ

การ3Mซีรีย์ 9V4 400G ชุดสายเคเบิล QSFP-DD DAC (รูปที่ 1) ใช้เทคโนโลยีสายเคเบิลแกนคู่ 3M เพื่อสร้างโซลูชันที่มีความยืดหยุ่น พับได้ และประสิทธิภาพสูง ที่น่าสังเกตเป็นพิเศษคือฟอร์มแฟกเตอร์ QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density) ซึ่งเป็นมาตรฐานฮาร์ดแวร์ที่ช่วยให้เชื่อมต่อได้เร็วขึ้น SFP หมายถึงสายเคเบิลที่มีรูปร่างและขนาดมาตรฐานที่เสียบเข้ากับอุปกรณ์เครือข่าย "quad" หมายถึงช่องข้อมูลสี่ช่องที่สายเคเบิลสามารถรองรับได้ และความหนาแน่นสองเท่าช่วยให้ข้อมูลไหลผ่านขั้วต่อที่มีขนาดทางกายภาพเท่ากันได้มากขึ้นสองเท่า

รูปที่ 1: ชุดสายเคเบิล DAC QSFP-DD ซีรีส์ 3M 9V4 400G นั้นมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมต่อระยะสั้นที่มีความหน่วงต่ำภายในแร็คเดียวกันหรือระหว่างแร็คในศูนย์ข้อมูล (แหล่งที่มาภาพ: 3M)

ผลลัพธ์สุทธิก็คือสาย DAC เช่นซีรีส์ 3M 9V4 400 G QSFP-DD ถือเป็นสายที่ดีที่สุดในระดับเดียวกันที่รองรับแบนด์วิดท์ได้สูงถึง 400Gbps เพื่อเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์ สวิตช์ อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล และอุปกรณ์ความเร็วสูงอื่นๆ

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบสายเคเบิลสำหรับ DAC ในศูนย์ข้อมูล

เนื่องจาก DAC แบบพาสซีฟเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าที่สุดและมีค่าความหน่วงต่ำที่สุดสำหรับศูนย์ข้อมูล จึงควรพิจารณาว่าจะผสานเข้ากับแร็คโครงสร้างพื้นฐานของศูนย์ข้อมูลได้อย่างไร

ปัจจัยสำคัญบางประการที่ต้องพิจารณา ได้แก่:

• ความเข้ากันได้กับฮาร์ดแวร์: เนื่องจากสายเคเบิลต้องเชื่อมต่อกับเครื่องรับส่งสัญญาณ สวิตช์ เราเตอร์ และอื่นๆ จึงมีความสำคัญที่จะต้องแน่ใจว่าการเลือกต่างๆ เข้ากันได้กับระบบที่มีอยู่และสามารถปรับให้เข้ากับระบบในอนาคตได้ ซีรีส์ 3M 9V4 400G QSFP-DD สามารถใช้งานได้กับอุปกรณ์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ ในกรณีที่ศูนย์ข้อมูลจำเป็นต้องแยกพอร์ตที่มีความจุสูงออกเป็นพอร์ตการเชื่อมต่อที่มีความจุต่ำกว่าหลายพอร์ต (เช่น การเชื่อมต่อ 100Gbps สี่พอร์ต หรือการเชื่อมต่อ 50Gbps จำนวนแปดพอร์ตจากพอร์ต 400Gbps) ซีรีส์นี้ยังมาพร้อมกับชุดสายเคเบิลแยกอีกด้วย
• การรักษาสัญญาณข้อมูล: การออกแบบสำหรับ DAC จะต้องพิจารณาว่าสายเคเบิลมีความเสี่ยงต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) เป็นพิเศษ โดยเฉพาะจากสายไฟและสายเคเบิล ดังนั้นสายข้อมูล DAC จะต้องแยกจากสายเทียบเท่าไฟฟ้าอย่างชัดเจน
• การเข้าถึงการบริการที่ง่ายดาย: การจัดวางสายเคเบิลควรอำนวยความสะดวกให้ช่างบำรุงรักษาเข้าถึงได้ง่าย การเดินสายเหนือศีรษะ ซึ่ง DAC จะไหลลงมาด้านล่างจากหลังคาห้อง มักถือว่าเป็นทางเลือกที่ดีกว่าในการเข้าถึง เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเดินสายยาวหรือบิดงอจนเกินไปสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างกัน
• การระบายอากาศและความเย็นที่มีประสิทธิภาพ: เทคโนโลยีจะปล่อยความร้อนออกมาเป็นจำนวนมาก และจะต้องนำแผนการระบายอากาศมาพิจารณาในการจัดการสายเคเบิล DAC ด้วย สิ่งนี้อาจส่งผลต่อความหนาแน่นของอุปกรณ์และข้อกำหนดสายเคเบิลที่เกี่ยวข้อง
• ความสามารถในการปรับขนาด: เทคสแต็กเปลี่ยนแปลง และสายเคเบิล DAC จะต้องสามารถปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้ การจัดกลุ่มสายเคเบิลและการติดฉลากและมัดรวมสายเคเบิลอย่างมีประสิทธิภาพช่วยให้ช่างเทคนิคจัดการส่วนประกอบทั้งหมดได้พร้อมกันแทนที่จะต้องแยกสายแต่ละเส้นออกทีละเส้น

สรุป

เนื่องจากการประมวลผลมีการพัฒนาเพื่อให้มีพื้นที่สำหรับ edge AI การจำลองเสมือนจริง และสภาพแวดล้อมแบบไฮเปอร์คอนเวอร์จ ให้คาดหวังว่าความต้องการอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้องก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วยเช่นกัน

ในอนาคต มีแนวโน้มที่จะมีการใช้ฮาร์ดแวร์การเรียนรู้ของเครื่องจักร, ศูนย์ข้อมูลแบบ edge และโครงสร้างพื้นฐานแบบกระจายมากขึ้น ฮาร์ดแวร์ที่มีคุณสมบัติการรักษาความปลอดภัยและความยั่งยืนขั้นสูงก็ไม่ไกลเกินเอื้อมเช่นกัน แม้จะเป็นเช่นนั้น DAC ยังคงมีแนวโน้มที่จะเป็นสายเคเบิลที่ถูกเลือกใช้ โดยเฉพาะในสายเชื่อมต่อระยะสั้นในชั้นวางเทคโนโลยี ความหน่วงที่รวดเร็วราวกับเลเซอร์และต้นทุนโดยรวมที่คุ้มค่าสุดๆ เป็นผลให้ DAC จะได้รับประโยชน์อย่างต่อเนื่องในศูนย์ข้อมูลและที่อื่นๆ