Архитектура серверов совершенствуется и усложняется

Сегодняшнее информационно-вычислительное пространство, как никогда ранее требует внедрения всё более сложного оборудования коммерческого сегмента. По мере повышения скорости передачи данных проблемы сложности нарастают из-за ограничения производительности в стандартных комплектующих компонентах.

Большие скорости передачи данных требуют сокращения времени на их обработку, поэтому возникают потери при трансляции таких высокоскоростных сигналов. Для компенсации этих потерь можно использовать дорогостоящие высокопроизводительные многослойные печатные платы, которые зачастую не до конца решают имеющиеся проблемы. Новейшие процессоры и материнские платы выполняют обработку все большего числа сигналов ввода/вывода, и это отражается на структуре печатных плат и числе используемых уровней. Устройства хранения данных требуют совместного использования PCI Express® с высокоскоростным интерфейсом SAS. Для обработки сигналов ввода/вывода PCIe/SAS возникает необходимость установки дополнительных компонентов в шасси сервера, использование которых приводит к потерям сигналов из-за значительной длины каналов передачи данных. Одним из решений проблемы является установка PCIe ретаймеров. Но они также увеличивают сложность конструкции системы и приводят к повышению её стоимости.

Ретаймеры не способны обеспечить высокую производительность вычислительного оборудования, поскольку вносят общую задержку в линию передачи сигнала.

Для решения перечисленных выше проблем возникает необходимость в пересмотре конструкции печатных плат. Одним из решений является увеличение количество слоев, однако это приводит к снижению производительности и росту конечной стоимости. Уменьшение ширины проводников – также не лучший вариант, поскольку это способствует еще большему сокращению охвата сигнала при определенной скорости трансляции данных. Компенсация при помощи увеличения ширины проводников может привести к перегруженности системы, а также создать проблемы при маршрутизации сигналов, связанные с использованием микрокомпонентов печатных плат.

Задачи разработчика архитектуры сервера

В последнее время все чаще используют высокоскоростные кабельные сборки для обмена данными внутри сервера системы. Как результат разработан новый определяющий стандарт ANSI T-10 SAS. Интерфейс SAS 4 имеет пропускную способность в 22,5 Гбит/с и содержит компоненты, обеспечивающие такую скорость обмена данными.

Интерфейс PCI Express (PCIe) не имеет специальных кабельных сборок, но несмотря на это часто используется в оборудовании на основе интерфейса SAS. В спецификации PCIe 3.0 указана пропускная способность в 8 Гигатранзакций/сек, но нет кабельной сборки которая обеспечивает данные параметры. Стандарт PCIe 4 определяет скорость обмена данных в 16 Гигатранзакций/сек и является первым стандартом PCIe, котором определены характеристики кабельной сборки для передачи данных между внутренними компонентами системы.

PCIe предназначен для подключения процессора к SAS-контроллерам и прочим периферийным устройствам, например графическим адаптерам (GPU). Графические процессоры используют 16 линий PCIe (32 пары, системные часы и заземление). Они активно задействованы при работе с ресурсоёмкими приложениями. Современные корпоративные сервера содержат несколько графических процессоров в одном серверном шасси. В связи с ограничениями на минимальное расстояние между компонентами системы и возможными потерями сигналов, подключение графических процессоров через печатные платы является нецелесообразным.

Кабельная сборка с дифференциальной парой способа решить данную проблему. Расположение модулей это важный фактор, тк процессоры и графические ускорители потребляют наибольшее количество энергии и выделяют большее количество тепла. Поток охлаждающего воздуха не должен сталкиваться с преградами на своем пути. Цель применения кабельных сборок заключается в том, чтобы избежать обструкции воздушного потока и обеспечить желаемые механические и коммутационные требования.

В связи с этим важно учитывать механические параметры, характеризующие прокладку кабельных сборок. Наиболее важными являются: небольшая площадь поперечного сечения, низкие потери сигналов, плотность и гибкость. Некоторые кабельные сборки громоздки для прокладки внутри сервера, требуют больших радиусов изгиба и в итоге потребляют еще больше пространства. Другие типы сборок характеризуются малой площадью поперечного сечения, но образуют изгибы сложной конфигурации. Большинство кабелей содержат твердые сердечники, не обеспечивающие 100% гибкость.

Микрокоаксиальный соединительный разъем CABLINE® CA-II имеет полное 360-градусное экранирование от EMI, что обеспечивает большую степень свободы при размещении на плате..

Уже длительное время во многих ноутбуках и прочих устройствах используют кабельные сборки на основе коаксиальных проводников для реализации выхода типа USB-C, работающего на скорости до 20 Гбит/с. Коаксиальный кабель поддается дифференцированному управлению с минимальными потерями сигнала. Подобно кабелям с двойным осевым соединением, Коаксиальные кабельные сборки обеспечивают высокую производительность, также как и сборки с твинаксиальным кабелем, но при этом используют многожильные проводники, благодаря чему достигается высокая гибкость соединений. Главное преимущество – экономичность в масштабах рынка мобильных устройств, в связи с чем финансовые затраты на приобретение кабельных сборок на основе коаксиальных проводов не слишком высоки.

Производительность микрокоаксиальных кабелей увеличивается благодаря использованию прямого контактного соединения. Это исключает потери на печатной плате и дополнительные утечки сигналов, связанные с особенностями работы электронных схем, где в связи с имеющимися разрывами и в результате отражения может нарушаться целостность сигналов.

Кабельные сборки могут быть плоскими, иметь вид пучка проводов или совмещать оба типа конструктивного исполнения. Имеющиеся соединительные элементы поддерживают полностью экранированные кабеля с чрезвычайно малым поперечным сечением и высотой менее 2 мм, вертикально-экранированные сборки с фиксаторами и многие другие.

Существуют различные варианты кабельных сборок, включая простые перемычки, проходящие через плату и компоненты низкого уровня. Они могут быть расположены под материнской платой, соединяя интегральные схемы и корпуса серверов, или проложены между компонентами системы и боковыми стенками шасси. Также имеются высокотемпературные кабельные сборки, невосприимчивые к температурному воздействию со стороны тепловыделяющих элементов, например, процессоров, и могут располагаться в непосредственной близости к ним.

Автор:

I-PEX Connectors

Перевод:

Макро Групп