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應用領域
光纖技術造就更加環保的數據中心
作者：Meghan Fuller Hanna，Lightwave資深編輯
去年八月，美國環境保護局（EPA）向美國國會遞交了服務器和數據中心的能源消耗報告，引發了人們對這一問題的廣泛關注。目前，大多數數據中心至少部署了超過50%的銅纜。一些業內人士相信，隨著數據中心向10Gbit/s發展，大量光纖的使用不僅能夠提高網絡的性價比，而且會帶來更加環保的運營方式。
EPA 的報告指出，整個美國2006年服務和數據中心的能源消耗達到了約610億千瓦時，這占到了整個美國電力消耗的1.5%。這些能源足以維持大約5800萬美國家庭的消耗。換句話說，整個國家數據中心的消耗要遠大于所有家庭彩色電視機的能源消耗。
這份報告還強調了一個危險的趨勢：2006年全美服務與數據中心的能源消耗比2000年的消耗高出了一倍還多。而以目前速率發展下去，2011年將再次翻番，達到1000億千瓦時，約等于每年74億美元。EPA 估計，美國國家電網承擔數據中心的峰值負載大約達到了7GW。如果發展趨勢不變，2011年會達到12GW，這相當于需要再新建10個電站。
目前的數據中心都擁有數以百計的服務器和存貯設備，預計未來對數據處理、存貯和傳輸的需求還會增長。不過，ADC（www.adc.com）的技術總監 Kam Patel 認爲：“真正起到推動作用的將是刀片服務器的增加。”例如，過去一個機架可以承載21台傳統的2U服務器，而現在同樣的機架能夠承載100到150台刀片服務器。
刀片服務器能夠實現虛擬化管理，這非常有助于數據中心管理者降低中心的服務器和其它設備的數量。假設一家企業有14項業務需要運營，那麽就必須爲它們配備14台服務器以及必須的冗余設備。“通過虛擬化管理，我們可以將業務交給虛擬服務器。只需選擇所需的計算能力，而不需要關心服務器的具體配置。” Patel 說，“通過將刀片服務器和虛擬化技術相結合，我們可以極大地降低數據中心所需的服務器數量。”
當然任何事物都有其兩面性，刀片服務器也不例外。雖然降低了服務器數量，但是即使剛剛建成5年的數據中心，也無法滿足刀片服務器對供電和散熱的要求。“一般的數據中心每平方英尺的功耗設計爲30-50W。”Patel 回憶道，“而要想正常運行刀片服務器，就需要考慮服務器功率消耗和散熱消耗的需求，每平方英尺的功耗將達到100-150W。這就是目前很多數據中心正在重建的原因。”
供電與散熱的難題
那麽，光纖是怎樣應對這些問題的呢？大多數數據中心都將地板設計成擡升形式。冷空氣可以穿過擡升起來的打孔地板，從下部進入網絡設備，以達到散熱的目的。“用光纖取代銅纜的一個好處是，可以去除地板下的結構。”Patel解釋說，“銅纜非常重，它們必須鋪設在地板下，這會增加冷空氣穿過時的阻力，限制空氣流通，最終降低散熱效果。”（附文《采用TIA 942標准解決散熱問題》進一步說明了這個問題）帶狀光纖取代傳統的Cat6銅纜，不僅節省了空間，而且優化了空氣流通
本文采訪到的專家都稱，數據中心的過道、空間和機架分布了大量的銅纜，如果采用光纖則能夠極大地降低空間占用。例如，康甯光纜系統公司的技術與標准經理 Doug Coleman 說：“0.7英寸的光纜中可以放置216根光纖，構成108路10Gbit/s回路。而在同樣的空間裏只能放置兩路銅纜。”而且他還指出，能夠提供108路回路的Cat6銅纜，200英尺長的重量大約是1000磅，而同樣長度和容量的光纖，重量只有40磅。
Berk-Tek（www.berktek.com）的數據中心應用工程師 Lisa Huff 曾經比較過12芯帶狀光纜與Cat6銅纜，如圖1所示。它們的帶寬基本一致，不同之處在于“纜線的重量完全不在一個數量級上。”Huff 說：“換句話講，同樣帶寬的條件下，光纖僅僅占托盤容量的5%。這樣一來，散熱更有效率，空間也節省了。”
Patel 還指出，相對較輕的光纖提高了架空線纜架的利用率。“利用這些線纜架，我們可以將線纜從地板下面移到上面，從而提高被動制冷的效率。”
這樣一來散熱問題就得到了很好的解決。EPA的報告指出，因支持IT設備運行所需的供電和制冷設備消耗的電力，達到了整個數據中心總消耗的50%。而市場分析公司IDC估計到2010年，每花費到服務器上1美元，就需要再花費0.71美元用于提供電力和散熱。
隨著刀片服務器應用的不斷擴展，數據中心將消耗更多的電力，産生更多的熱量——而光纖可以極大地緩減這些壓力。EPA 的研究說明，設備每消耗1千瓦電力，散熱就同樣需要1千瓦。康甯詳細比較過銅纜和光纖在10Gbit/s帶寬下的能源消耗。如圖2所示，“端口數量爲288時，驅動網絡和散熱所需的電力，采用光纖可以比采用銅纜節省86%之多。”Coleman說：“這是非常顯著的。”
10Gbit/s成爲技術轉折點
當問及目前全美數據中心光纖和銅纜部署的比例時，大家一致認爲，銅纜/光纖配額從90:10到50:50不等。數據中心的存貯區域網絡（SAN）采用了光纖信道協議，幾乎占光纖使用量的全部。
“雖然在吉比特網絡中，由于銅纜實在比光纖廉價許多，所以用光纖取代銅纜的優勢尚不明顯。”Huff 說，“但可以肯定的是，一旦網絡升級到10Gbit/s，那麽光纖將馬上顯示出非常大的優勢。”他還提到目前大多數企業的業務仍然停留在吉比特水平。
雖然在銅纜上傳輸10Gbit/s信號的協議IEEE 802.3an已經獲得認可，而且布線和服務器網絡接口也比較成熟，但是市面上還沒有用于銅纜的10Gbit/s交換機。Patel 說：“眼下如果有人要在任意距離上部署10Gbit/s網絡，那麽他肯定會毫不猶豫地選擇光纖。根據EPA的調查，康甯光纜系統公司確定，10GBase-SR與10GBase-T相比，功率消耗和散熱成本節省86%。
目前，大多是大型金融機構等大型企業的數據中心會部署10Gbit/s連接。不過，隨著光纖經濟性和環保性逐漸深入人心，這種情況將有所改變。“過去，人們習慣性地認爲光纖是一種昂貴的解決方案，因此不被中小型應用看好。”Coleman思索道，“但是我們相信，隨著10Gbit/s或更高速率的推廣，它的成本將不斷降低，並爲用戶提供一種更加價廉物美的選擇。”
Coleman稱，與10GBase-T相比，預計今年投入使用的10GBase-SR SFP+收發器，將極大地緩解能源消耗和性價比不高的問題。10GBase-SR的SFP+多源協議（MSA）定義的最大功率爲1W,實際上其典型功率消耗只有約0.5W，而傳輸距離達到了300米。與之相比，10GBase-T的SFP+在100米的有效距離上，物理層驅動功率大約需要10-15W。
而且，Coleman指出，一塊線路卡上可以配置48個SFP+接口，以每個0.5W的功率計算，驅動一塊線路卡需要24W，而典型的線路卡供電在60W左右。他說：“所以60W的供電是綽綽有余的。”而10GBase-T每端口大約需要10-15W，用60W除的話，一塊10Gbit/s銅纜線路卡大約只能支持6個接口
“爲了達到和光纖同樣的總帶寬，必須增加銅纜線路卡的數量。”Coleman解釋道，“這樣一來不僅會增加端口數量，而且線路卡的增加也會消耗功率。”
他還提出，在功率消耗問題上，用戶接口與交換設備同等重要，服務器的PCI總線爲接口或適配卡提供了大約25W的功率，任何超出25W的需求都需要外部供電。目前市面上銷售的以太網適配器的功率要求都低于25W，最大傳輸距離約30米。而如果增加傳輸距離，就需要外部供電以滿足增加功率的要求。“但是10GBase-SR的光纖網卡的功率消耗還不足9W。”Coleman說，“這極大地降低了服務器和適配卡的功率消耗。而任何能夠降低服務器功率消耗的技術，都是很受歡迎的。”
TIA 942標准設計了熱通道/冷通道，優化了數據中心內的空氣流動，提高了機架設備熱量散發的效率。總之，本文采訪了業內幾位專家，他們都相信在數據中心部署光纖將有助于降低能源消耗，提高散熱效率，並提高機架和機房空間的利用率。而且一旦網絡升級到10Gbit/s，光纖的經濟性也將優于銅纜。
這樣看來，隨著企業將帶寬升級到10Gbit/s甚至更高，光纖在數據中心應用中的角色將更加重要。“看看IEEE目前的工作，他們正試圖將整個網絡的速率提高到新的層次——核心網達到100Gbit/s，服務器達到40Gbit/s。”Patel說，“而這都需要依托光纖技術。眼下這種形勢很容易讓人們産生這樣的想法，好吧，雖然今天在用10Gbit/s，但是明天呢？爲了明天更高的速率，還是從現在就開始打算的好。”
