下一代数据中心高速铜缆技术白皮书2020

下一代数据中心高速 铜缆技术白皮书 [编号ODCC-2020-03001] 开放数据中心委员会OpenDataCenterCommittee 目录 前言III 1.序言1 1.1.参考文档1 1.2.缩略术语3 2.数据中心高速铜缆应用概况4 2.1.数据中心对高速铜缆的需求5 2.2.国内数据中心高速铜缆应用概览6 3.高速铜缆技术9 3.1.接口和线缆模块9 3.2.高速裸线技术16 3.2.1.高速Twinax结构设计16 3.2.2.电介质材料18 3.3.成缆结构19 3.4.线缆可靠性规格22 3.4.1.模组尺寸要求23 3.4.2.电气性能要求23 3.4.3.机械性能要求23 3.4.4.环境性能要求24 3.5.管理接口标准26 3.5.1.SFP56界面标准27 3.5.2.QSFP56界面标准28 3.5.3.SFP-DD/QSFP-DD/OSFP/DSFP界面标准29 4.高速无源铜缆SI规格31 4.1.56G-PAM4链路SI需求31 4.2.56G-PAM4无源铜缆SI规格33 4.3.DAC在浸没式液冷中的应用40 5.高速有源铜缆技术42 5.1.有源铜缆设计原理42 5.1.1.ACC(LinerEQ芯片方案)42 5.1.2.AEC(Retimer芯片方案)43 5.2.56G-PAM4有源铜缆技术规格44 5.2.2.AEC(Retimer芯片方案)48 6.结语50 5.2.1.ACC(LinerEQ芯片方案)44 前言 近年来，互联网和云计算的迅猛发展，催生了超大规模数据中心。在人工智能、大数据、机器学习、AR、VR等技术和业务的驱动下，数据中心对网络的带宽需求不断加速，虽然CPU的摩尔定律已经进入暮年，但是以上新技术和新业务的蓬勃发展对数据中心网络交换芯片的容量迭代的驱动，仍然维持着大概每隔两年增长一倍的趋势。云计算通过技术和规模提升效率，通过弹性计算提供稳定、低成本、安全的服务，对网络架构的横向可扩展性、技术迭代带来的技术红利、降低成本等方面有强烈的诉求。同时随着融合和超融合基础架构的演进，网络的功能不再是仅仅提供连接，网络将会变成计算机I/O的延伸，超高带宽和超低延时的网络正在将本地存储和网络存储的界限变的模糊。总之，弹性可扩展、高可用性、低延时等是大规模数据中心网络的核心要求。作为网络架构中的底座和基石，在数据中心物理网络链路从1000Mbps双绞线演进至今天的400Gbps光互连的过程中，物理网络链路的技术挑战随着SerDes速率的迅猛提升变得越来越大，同时物理网络链路的高稳定性也受到如上所述的网络高可用性、低延时甚至无损网络的强烈诉求的挑战，同时对部署效率和供应成本的挑战也与日俱增。高速无源铜缆、高速有源铜缆、AOC、光模块等物理网络互连技术在不同的业务场景、部署环境下，提供了不同的解决方案，但在未来的发展趋势上，仍然会面对更加多样的场景需求、更加趋紧的链路预算等一系列的挑战。本白皮书旨在聚焦于高速铜缆方面，综合整个生态链上游技术、下游应用需求，为国内数据中心物理网络高速铜缆这个领域的产业链提供一个从需求、应用到技术方案的较全貌的参考。 《下一代数据中心高速铜缆技术白皮书》中，围绕从中国大型数据中心内高速铜缆的应用现状和未来发展方向，到高速铜缆关键技术、产业生态，整理了应对下一代56G-PAM4速率的高速铜缆的技术规格、实际约束、测试结果和应用指南，旨在从基础层面对高速铜缆的设计、制造、应用、创新等方面帮助整个生态链上下游提高竞争力，在此细分领域来为“新基建”添砖加瓦！ ODCC始终关注数据中心技术与产业的发展，联合相关单位共同编写本白皮书，对数据中心网络现状、需求和高速铜缆关键技术、测试结果、发展趋势等方面进行了详细的梳理，以期更进一步推动数据中心网络技术及相关生态的发展。 本白皮书的起草感谢以下单位（排名不分先后）： 阿里巴巴，腾讯，百度，中国信通院云大所、立讯技术，兆龙互连 数据中心高速铜缆白皮书 1.序言 在云计算、人工智能、大数据、机器学习、AR、VR等技术和业务的驱动下，大规模及超大规模数据中心快速发展和兴起，带来对数据中心网络的核心要求：高可用性和高可靠性、弹性可扩展性、低延时、低成本。网络硬件作为这一切的基石，则首先直面这一切要求的挑战，其相互依赖并相互促进如下一些方面：先进合理架构的设计、端到端网络互连方案的设计、软硬件一体化的设计、运营智能化的设计、对供应链交付模式的创新和管理、对IDC一体化的设计、对新技术的引领和生态建设等诸多方面。这就要求在大规模数据中心网络中的硬件做到极简、极可靠、极致性能，从而在硬件本身的稳定性、供应和部署效率、成本等方面获得收益。 物理网络链路也应该遵循极简、极可靠、极致性能这一原则来进行设计和应用。但是从1000Mbps网络链路使用的百米双绞线简单场景，演变到至今基于单路56G-PAM4甚至未来112G-PAM4的网络链路时，在可提供50G、100G、200G、400G等不同链路带宽的同时，加上不同IDC部署环境和不同业务需求，带来了物理链路的方案多样性、个性化的需求，这对网络物理链路的极简、稳定性和低成本方面的诉求带来了非常大的挑战。 1.1.参考文档 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改）适用于本文件。 EIA-364-23LowLevelContactResistanceTestProcedureforElectricalConnectorsandSockets(电子连接器与插座的接触电阻测试程序) EIA-364-21InsulationResistanceTestProcedureforElectricalConnectors,Sockets,andCoaxialContacts(电子连接器、插座和同轴端子的绝缘电阻测试程序) EIA-364-20WithstandingVoltageTestProcedureforElectricalConnectors,SocketsandCoaxialContacts(电子连接器、插座和同轴端子的耐电压测试程序) EIA-364-13EMatingandUnmatingForcesTestProcedureforElectrical Connectors(电子连接器的插入力和拔出力测试程序) EIA-364-38CCablePull-OutTestProcedureforElectricalConnectors(电子连接器的线缆拔出力测试程序) EIA-364-09CDurabilityTestProcedureforElectricalConnectorsandContacts(电子连接器与端子的耐久性测试程序) EIA-364-28FVibrationTestProcedureforElectricalConnectorsandSockets(电子连接器与插座的振动测试程序) EIA-364-27CMechanicalShock(SpecifiedPulse)TestProcedureforElectricalConnectors(电子连接器的机械冲击测试程序) EIA-364-41DCableFlexingTestProcedureforElectricalConnectors(电子连接器的线缆摇摆测试程序) EIA-364-32EThermalShock(TemperatureCycling)TestProcedureforElectricalConnectorsandSockets(电子连接器与插座热冲击测试程序)EIA-364-31BHumidityTestProcedureforElectricalConnectorsandSockets(电子连接器与插座湿度测试程序) EIA-364-26BSaltSprayTestProcedureforElectricalConnectors,ContactsandSockets(电子连接器、端子和插座盐雾测试程序) EIA-364-65MixedFlowingTestProcedureForElectricalConnectorsContactsandSockets(电子连接器端子与插座混合气体测试程序) EIA-364-17BTemperatureLifewithorwithoutElectricalLoadTestProcedureforElectricalConnectorsandSockets(电子连接器和插座通电或不通电情况下的温度寿命测试程序) UL13StandardforPower-LimitedCircuitCables(有功率限制电路电缆标准) UL758StandardforApplianceWiringMaterial(电器布线电线电缆及其试验方法) UL1581电线电缆和软线参考标准 UL1685标准成束电线电缆燃烧试验方法IEC60068-2环境试验 IEC60332-1-2电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验第1-2部分单根绝缘电线或电缆的垂直火焰蔓延试验 IEC60332-3-24电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验第3-24部分成束电线或电缆的垂直火焰蔓延试验--C类 SFF-8432SpecificationforSFP+ModuleandCage SFF-8071SpecificationforSFP+1X0.8mmCardEdgeConnectorSFF-8433SpecificationforSFP+GANGEDCAGE SFF-8419SpecificationforSFP+PowerandLowSpeedInterfaceSFF-8472SpecificationforDiagnosticMonitoringInterfacefor OpticalTransceivers SFF-8661SpecificationforQSFP+4XPluggableModule SFF-8662SpecificationforQSFP+4X28Gb/sConnector(StyleA)SFF-8663SpecificationforQSFP+28Gb/sCage(StyleA) SFF-8679SpecificationforQSFP+4XBaseElectricalSpecificationSFF-8636SpecificationforManagementInterfaceforCabledEnvironments SFF-8431SpecificationforSFP+10Gb/sandLowSpeedElectricalInterface SFF-8417SpecificationforMultiConductorCableFlexCycleTestProcedure SFF-DDMSAHardwareSpecificationforSFPDoubleDensity2XPluggableTransceiver DSFPMSASpecificationforDualSmallformfactorpluggablemoduleQSFP-DDMSASpecificationfordoubledensity8XpluggabletransceiverOSFPMSASpecificationforOctalsmallformfactorpluggablemoduleSFP-DDManagementInterfaceSpecification DSFPCommonManagementInformationService4.0QSFP-DDCommonManagementInformationService4.0OSFPCommonManagementInformationService4.0 IEEE802.3bjAmendment2:Physica