Cómo implementar conectividad modular de alto rendimiento para equipos de centros de datos empresariales

Cuando se diseñan servidores, equipos de almacenamiento y redes para dar soporte a las aplicaciones de macrodatos en centros de datos empresariales y en la nube, y a la infraestructura de comunicaciones de nueva generación, puede plantearse el reto de proporcionar soluciones de conectividad compactas para adaptarse a las velocidades de datos necesarias. Estas velocidades incluyen señales de alta velocidad de hasta 56 gigabits por segundo (Gbps) utilizando las especificaciones de modulación de amplitud de pulsos de cuatro niveles (PAM4), Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) generaciones 4 y 5, memoria no volátil exprés (NVMe), Serial Attached SCSI (SAS), factor de forma pequeño conectable (SFP) y factor de forma pequeño cuádruple conectable (QSFP).

Las aplicaciones en cuestión exigen conectores delgados y rentables que proporcionen altos niveles de integridad de la señal (SI), modularidad y escalabilidad, y que minimicen el tiempo de inactividad gracias a la facilidad de mantenimiento y reparación. También necesitan conectores que puedan ofrecer múltiples ciclos de acoplamiento con fuerzas de inserción bajas e impedancias de 92, 85 y 95 ohmios (Ω) para satisfacer diversas necesidades de interoperabilidad y SI.

Este blog presenta y describe brevemente los estándares del sector y las necesidades de SI de PAM4, PCIe, NVMe, SAS, SFP y QSFP. Luego, utiliza el PCIe como aplicación ejemplar para analizar la importancia de la selección de impedancia y la necesidad de soluciones de conectores de cable y borde de tarjeta delgados en servidores, almacenamiento y equipos de red de alta densidad. A medida que avancemos veremos algunas opciones de conectores Mini Cool Edge de Amphenol que puede utilizar para lograr una conectividad modular, compacta y de alto rendimiento en equipos de centros de datos empresariales y en la nube.

Cumplimiento de las normas y consecución de la SI

La especificación del conector Mini Cool Edge cumple con el estándar TA1002 de factor de forma pequeño (SFF) de la Storage Networking Industry Association (SNIA) que incluye conectores en ángulo recto, de montaje a ambos lados y ortogonales para servidores y dispositivos de almacenamiento. Esta norma ha sido adoptada por los comités Enterprise and Datacenter Standard Form Factor (EDSFF) y Open Compute Project (OCP) para aplicaciones de unidades de estado sólido (SDD) y tarjetas de interfaz de red (NIC) 3.0, respectivamente.

Las soluciones IO OverPass^TM Mini Cool Edge de 0.60 milímetros (mm) (diseñadas específicamente para aplicaciones flyover) también admiten arquitecturas de sistemas de generación Z de baja latencia que ofrecen alto rendimiento y una SI mejorada. Estos conectores presentan impedancias muy estables y equilibradas, y parámetros S como pérdida de inserción, pérdida de retorno e intercomunicación que permiten la SI necesaria para la conectividad de alta velocidad. Son compatibles con aplicaciones de tarjeta integrada (AIC) y cableadas, hasta 56 Gbps PAM4, PCIe generación 4 y generación 5, en una distancia de transmisión de 1 metro (m). Las opciones de impedancia incluyen 85 Ω (serie G97), 92 Ω (serie G42) y 95 Ω (serie G98). Hay disponibles varios números de pines que cumplen con las especificaciones PCIe, NVMe, SAS, SFP(+) y QSFP.

Como ya se ha mencionado, los conectores Mini Cool Edge son compatibles con muchas especificaciones de interfaz. Sin embargo, el resto de este blog analizará las consideraciones de diseño necesarias para una interfaz PCIe.

¿Qué impedancia se necesita?

Hay que tener en cuenta muchos factores a la hora de diseñar interconexiones de alta velocidad para interfaces PCIe, incluidas las trazas y las vías de los circuitos impresos (placa de CI), y los conectores son los primeros de la lista. Mantener la SI al diseñar soluciones de conectividad modulares y compactas es fundamental, y seleccionar la impedancia correcta es esencial para lograrlo.

Los diversos tipos de interconexiones PCIe complican la determinación de la impedancia óptima. Algunos ejemplos son los flyover de plano medio a placa base (MB), flyover de chip a chip, de chip a entrada/salida (E/S) externa y otros (Figura 1). Estas interconexiones pueden tener un paquete de circuitos integrados en uno o ambos extremos y pueden incluir varias placas de CI, como una placa de procesador, un elevador o tarjetas integradas. Y hay conexiones electromecánicas de tarjetas PCIe (CEM). El requisito de una impedancia de 85 Ω asegura la interoperabilidad de los sistemas y tarjetas que utilizan la especificación CEM, lo que garantiza impedancias coincidentes para cualquier dispositivo acoplado. Sin embargo, 85 Ω no es un requisito absoluto de PCIe.

Figura 1: Las interconexiones flyover adoptan diversas formas y deben soportar una SI alta. (Fuente de imagen: Amphenol)

¿Qué ocurre si la interoperabilidad CEM no es obligatoria?

La interoperabilidad CEM no es obligatoria para muchas aplicaciones PCIe. La especificación PCIe establece que el requisito de 85 Ω no se aplica necesariamente a conectores, cables, vías y otras interconexiones. Solo es necesario para la interoperabilidad CEM. Sin la necesidad de interoperabilidad, la elección de la impedancia de interconexión depende de sus prioridades de SI. Por ejemplo, si la pérdida de inserción es la prioridad, puede ser mejor optar por impedancias más altas, como 92 o 95 Ω.

Además de necesitar una gama de opciones de impedancia para optimizar la SI, necesita una variedad de configuraciones físicas de conectores que sean compatibles con varios diseños mecánicos, como salidas laterales izquierdas y derechas, así como interconexiones en ángulo recto (RA) y rectas (Figura 2). En comparación con las trazas de placas de CI, la solución correcta de conector y cable flyover puede permitir longitudes de interconexión más largas con una SI elevada, así como modularidad y capacidad de expansión, a la vez que simplifica el mantenimiento y la reparación.

Figura 2: Los conectores con diversas configuraciones físicas pueden satisfacer las necesidades de embalaje de aplicaciones específicas. (Fuente de imagen: Amphenol)

Conectores PCIe compactos

A la hora de diseñar interconexiones PCIe, puede recurrir a los conectores IO OverPass^TM Mini Cool Edge de Amphenol. Estos conectores delgados le ofrecen un nuevo enfoque para el diseño de sistemas que es modular, escalable, fácil de reparar y rentable. Además de ofrecer un paso de 0.60 mm y compatibilidad con señales de alta velocidad de hasta 56 Gbps PAM4/PCIe, generación 4/PCIe y generación 5/PCIe, otras características clave son:

• Configuraciones verticales y en ángulo recto (Figura 3).
• Salidas de cable rectas, en ángulo recto y laterales de izquierda y derecha.
• Compatibilidad con señales de hasta 56 Gbps a una distancia de transmisión de 1 m.
• El mismo conector admite diseños de cable y borde de tarjeta.
• Varias opciones de impedancia: 92 Ω (serie G42, como el G42V12312HR de 74 posiciones), 85 Ω (serie G97, como el G97R26312HR de 148 posiciones) y 95 Ω (serie G98, como el G98V11312HR de 38 posiciones).
• La capacidad de soportar 250 ciclos de acoplamiento, con una fuerza de acoplamiento de 0.6 Newton (N) por pin, como máximo, y una fuerza de desacoplamiento de 0.06 N por pin, como mínimo.

Figura 3: Los conectores IO Mini Cool Edge verticales (abajo) y en ángulo recto (arriba) tienen un paso de 0.60 mm. (Fuente de imagen: Amphenol)

Conclusión

Al diseñar interconexiones PCIe para equipos de centros de datos empresariales como servidores y equipos de almacenamiento y red, no tiene que buscar mucho más allá de la línea IO OverPass^TM Mini Cool Edge de Amphenol. Proporciona la gama de opciones de conectores que cumplen con una gran variedad de estándares industriales y satisfacen sus necesidades de SI, a la vez que ofrece soluciones rentables para configuraciones modulares, escalables y fáciles de reparar.