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应用领域
光纤技术造就更加环保的数据中心
作者：Meghan Fuller Hanna，Lightwave资深编辑
去年八月，美国环境保护局（EPA）向美国国会递交了服务器和数据中心的能源消耗报告，引发了人们对这一问题的广泛关注。目前，大多数数据中心至少部署了超过50%的铜缆。一些业内人士相信，随着数据中心向10Gbit/s发展，大量光纤的使用不仅能够提高网络的性价比，而且会带来更加环保的运营方式。
EPA 的报告指出，整个美国2006年服务和数据中心的能源消耗达到了约610亿千瓦时，这占到了整个美国电力消耗的1.5%。这些能源足以维持大约5800万美国家庭的消耗。换句话说，整个国家数据中心的消耗要远大于所有家庭彩色电视机的能源消耗。
这份报告还强调了一个危险的趋势：2006年全美服务与数据中心的能源消耗比2000年的消耗高出了一倍还多。而以目前速率发展下去，2011年将再次翻番，达到1000亿千瓦时，约等于每年74亿美元。EPA 估计，美国国家电网承担数据中心的峰值负载大约达到了7GW。如果发展趋势不变，2011年会达到12GW，这相当于需要再新建10个电站。
目前的数据中心都拥有数以百计的服务器和存贮设备，预计未来对数据处理、存贮和传输的需求还会增长。不过，ADC（www.adc.com）的技术总监 Kam Patel 认为：“真正起到推动作用的将是刀片服务器的增加。”例如，过去一个机架可以承载21台传统的2U服务器，而现在同样的机架能够承载100到150台刀片服务器。
刀片服务器能够实现虚拟化管理，这非常有助于数据中心管理者降低中心的服务器和其它设备的数量。假设一家企业有14项业务需要运营，那么就必须为它们配备14台服务器以及必须的冗余设备。“通过虚拟化管理，我们可以将业务交给虚拟服务器。只需选择所需的计算能力，而不需要关心服务器的具体配置。” Patel 说，“通过将刀片服务器和虚拟化技术相结合，我们可以极大地降低数据中心所需的服务器数量。”
当然任何事物都有其两面性，刀片服务器也不例外。虽然降低了服务器数量，但是即使刚刚建成5年的数据中心，也无法满足刀片服务器对供电和散热的要求。“一般的数据中心每平方英尺的功耗设计为30-50W。”Patel 回忆道，“而要想正常运行刀片服务器，就需要考虑服务器功率消耗和散热消耗的需求，每平方英尺的功耗将达到100-150W。这就是目前很多数据中心正在重建的原因。”
供电与散热的难题
那么，光纤是怎样应对这些问题的呢？大多数数据中心都将地板设计成抬升形式。冷空气可以穿过抬升起来的打孔地板，从下部进入网络设备，以达到散热的目的。“用光纤取代铜缆的一个好处是，可以去除地板下的结构。”Patel解释说，“铜缆非常重，它们必须铺设在地板下，这会增加冷空气穿过时的阻力，限制空气流通，最终降低散热效果。”（附文《采用TIA 942标准解决散热问题》进一步说明了这个问题）带状光纤取代传统的Cat6铜缆，不仅节省了空间，而且优化了空气流通
本文采访到的专家都称，数据中心的过道、空间和机架分布了大量的铜缆，如果采用光纤则能够极大地降低空间占用。例如，康宁光缆系统公司的技术与标准经理 Doug Coleman 说：“0.7英寸的光缆中可以放置216根光纤，构成108路10Gbit/s回路。而在同样的空间里只能放置两路铜缆。”而且他还指出，能够提供108路回路的Cat6铜缆，200英尺长的重量大约是1000磅，而同样长度和容量的光纤，重量只有40磅。
Berk-Tek（www.berktek.com）的数据中心应用工程师 Lisa Huff 曾经比较过12芯带状光缆与Cat6铜缆，如图1所示。它们的带宽基本一致，不同之处在于“缆线的重量完全不在一个数量级上。”Huff 说：“换句话讲，同样带宽的条件下，光纤仅仅占托盘容量的5%。这样一来，散热更有效率，空间也节省了。”
Patel 还指出，相对较轻的光纤提高了架空线缆架的利用率。“利用这些线缆架，我们可以将线缆从地板下面移到上面，从而提高被动制冷的效率。”
这样一来散热问题就得到了很好的解决。EPA的报告指出，因支持IT设备运行所需的供电和制冷设备消耗的电力，达到了整个数据中心总消耗的50%。而市场分析公司IDC估计到2010年，每花费到服务器上1美元，就需要再花费0.71美元用于提供电力和散热。
随着刀片服务器应用的不断扩展，数据中心将消耗更多的电力，产生更多的热量——而光纤可以极大地缓减这些压力。EPA 的研究说明，设备每消耗1千瓦电力，散热就同样需要1千瓦。康宁详细比较过铜缆和光纤在10Gbit/s带宽下的能源消耗。如图2所示，“端口数量为288时，驱动网络和散热所需的电力，采用光纤可以比采用铜缆节省86%之多。”Coleman说：“这是非常显著的。”
10Gbit/s成为技术转折点
当问及目前全美数据中心光纤和铜缆部署的比例时，大家一致认为，铜缆/光纤配额从90:10到50:50不等。数据中心的存贮区域网络（SAN）采用了光纤信道协议，几乎占光纤使用量的全部。
“虽然在吉比特网络中，由于铜缆实在比光纤廉价许多，所以用光纤取代铜缆的优势尚不明显。”Huff 说，“但可以肯定的是，一旦网络升级到10Gbit/s，那么光纤将马上显示出非常大的优势。”他还提到目前大多数企业的业务仍然停留在吉比特水平。
虽然在铜缆上传输10Gbit/s信号的协议IEEE 802.3an已经获得认可，而且布线和服务器网络接口也比较成熟，但是市面上还没有用于铜缆的10Gbit/s交换机。Patel 说：“眼下如果有人要在任意距离上部署10Gbit/s网络，那么他肯定会毫不犹豫地选择光纤。根据EPA的调查，康宁光缆系统公司确定，10GBase-SR与10GBase-T相比，功率消耗和散热成本节省86%。
目前，大多是大型金融机构等大型企业的数据中心会部署10Gbit/s连接。不过，随着光纤经济性和环保性逐渐深入人心，这种情况将有所改变。“过去，人们习惯性地认为光纤是一种昂贵的解决方案，因此不被中小型应用看好。”Coleman思索道，“但是我们相信，随着10Gbit/s或更高速率的推广，它的成本将不断降低，并为用户提供一种更加价廉物美的选择。”
Coleman称，与10GBase-T相比，预计今年投入使用的10GBase-SR SFP+收发器，将极大地缓解能源消耗和性价比不高的问题。10GBase-SR的SFP+多源协议（MSA）定义的最大功率为1W,实际上其典型功率消耗只有约0.5W，而传输距离达到了300米。与之相比，10GBase-T的SFP+在100米的有效距离上，物理层驱动功率大约需要10-15W。
而且，Coleman指出，一块线路卡上可以配置48个SFP+接口，以每个0.5W的功率计算，驱动一块线路卡需要24W，而典型的线路卡供电在60W左右。他说：“所以60W的供电是绰绰有余的。”而10GBase-T每端口大约需要10-15W，用60W除的话，一块10Gbit/s铜缆线路卡大约只能支持6个接口
“为了达到和光纤同样的总带宽，必须增加铜缆线路卡的数量。”Coleman解释道，“这样一来不仅会增加端口数量，而且线路卡的增加也会消耗功率。”
他还提出，在功率消耗问题上，用户接口与交换设备同等重要，服务器的PCI总线为接口或适配卡提供了大约25W的功率，任何超出25W的需求都需要外部供电。目前市面上销售的以太网适配器的功率要求都低于25W，最大传输距离约30米。而如果增加传输距离，就需要外部供电以满足增加功率的要求。“但是10GBase-SR的光纤网卡的功率消耗还不足9W。”Coleman说，“这极大地降低了服务器和适配卡的功率消耗。而任何能够降低服务器功率消耗的技术，都是很受欢迎的。”
TIA 942标准设计了热通道/冷通道，优化了数据中心内的空气流动，提高了机架设备热量散发的效率。总之，本文采访了业内几位专家，他们都相信在数据中心部署光纤将有助于降低能源消耗，提高散热效率，并提高机架和机房空间的利用率。而且一旦网络升级到10Gbit/s，光纤的经济性也将优于铜缆。
这样看来，随着企业将带宽升级到10Gbit/s甚至更高，光纤在数据中心应用中的角色将更加重要。“看看IEEE目前的工作，他们正试图将整个网络的速率提高到新的层次——核心网达到100Gbit/s，服务器达到40Gbit/s。”Patel说，“而这都需要依托光纤技术。眼下这种形势很容易让人们产生这样的想法，好吧，虽然今天在用10Gbit/s，但是明天呢？为了明天更高的速率，还是从现在就开始打算的好。”
