Mellanox (NVIDIA Mellanox) MFS1S50-H010E White Paper Tecnico Interconnessione e Cavo ad Alta Velocità a Corto Raggio

Questo white paper tecnico è destinato ad architetti di rete, ingegneri pre-vendita e responsabili delle operazioni. Si concentra sul MFS1S50-H010E cavo ottico attivo (AOC) come componente principale, affrontando sistematicamente come ottenere una trasmissione e un'architettura di cablaggio ad alta velocità da 200G a 2×100G semplificate in scenari a corto raggio tra rack. Analizzando le caratteristiche chiave, i metodi di distribuzione e i sistemi operativi del NVIDIA Mellanox MFS1S50-H010E, questo documento fornisce un riferimento pratico per progetti di interconnessione di data center ad alta densità.

I moderni data center e i cluster di high-performance computing (HPC) affrontano una sfida comune: i rack adiacenti richiedono collegamenti a larghezza di banda elevata e bassa latenza, ma i tradizionali cavi passivi direct attach in rame (DAC) soffrono di degradazione del segnale oltre i 3 metri. Per distanze tra rack da 3 a 7 metri, i cavi in rame introducono anche problemi come peso eccessivo, scarsa flessibilità e suscettibilità alle interferenze elettromagnetiche (EMI). Inoltre, gli scenari di breakout, ovvero la divisione di una singola porta da 200G in due connessioni indipendenti da 100G, richiedono tipicamente moduli adattatori aggiuntivi o pannelli di permutazione, aumentando sia i costi che i punti di guasto. I requisiti chiave sono quindi:

• Trasmissione affidabile da 200G su distanze da 3 a 10 metri
• Supporto nativo per il breakout da 200G a 2×100G senza hardware aggiuntivo
• Volume di cavi ridotto e miglior flusso d'aria nei vassoi di gestione dei cavi
• Compatibilità completa con le porte switch QSFP56 esistenti
• Costo totale di proprietà (TCO) inferiore rispetto alle soluzioni con transceiver ottici modulari

L'architettura proposta adotta una topologia spine-leaf, comune sia nei data center cloud che nei cluster HPC. Gli switch leaf all'interno di ciascun rack si connettono agli switch spine nei rack adiacenti. Per ottimizzare l'utilizzo delle porte e semplificare il cablaggio, ogni uplink leaf da 200G viene suddiviso in due connessioni da 100G a due switch spine separati. Questo design richiede un interconnessione fisica in grado di eseguire la funzione di breakout a livello di cavo, esattamente ciò che la soluzione MFS1S50-H010E 200Gb/s to 2x100Gb/s QSFP56 to 2xQSFP56 offre. L'architettura elimina i moduli di breakout dedicati, riduce il numero di cavi fisici del 50% rispetto ai design basati su transceiver discreti e mantiene la piena ridondanza della larghezza di banda.

All'interno di questa architettura, il MFS1S50-H010E funge da componente fondamentale del livello fisico. È un cavo ottico attivo (AOC) con un fattore di forma QSFP56 su ciascuna estremità, ma con una differenziazione critica: è un cavo breakout. Un'estremità presenta un singolo connettore QSFP56 da 200G, mentre l'altra estremità si divide in due connettori QSFP56 indipendenti da 100G. Questo design unico consente a una singola porta switch leaf di alimentare due porte switch spine senza ottiche o cavi di permutazione intermedi. Secondo il datasheet MFS1S50-H010E, il cavo supporta il funzionamento full duplex a 200 Gb/s aggregati (o 2×100 Gb/s) con un consumo energetico tipico inferiore a 3,5 W per estremità. Le specifiche chiave dalle specifiche MFS1S50-H010E includono una lunghezza massima di 50 metri (ottimizzata per uso tra rack da 3 a 10 metri), BER migliore di 1E-15 e temperatura operativa della cassa da 0°C a 70°C. La natura MFS1S50-H010E compatibile garantisce l'interoperabilità con tutte le porte QSFP56 standard che aderiscono alle specifiche IEEE 802.3cd e QSFP56 MSA.

La distribuzione segue un processo semplice. Ogni cavo AOC breakout QSFP56 MFS1S50-H010E da 200G collega una porta sorgente da 200G (ad esempio, su uno switch leaf) a due porte destinazione da 100G (ad esempio, su switch spine). L'estremità di breakout utilizza uno splitter boot che separa le due gambe da 100G; ogni gamba è un connettore QSFP56 standard e può essere instradata indipendentemente a diversi switch spine. Per la scalabilità, un cluster di 8 rack richiederebbe solo 16 di questi cavi per collegare completamente i leaf agli spine con un'oversubscription di 2:1. Rispetto all'utilizzo di DAC da 200G più transceiver di breakout separati, la soluzione cavo AOC breakout QSFP56 MFS1S50-H010E da 200G riduce il numero di cavi del 50%, il peso di circa il 70% ed elimina due connettori ottici per collegamento, migliorando l'affidabilità complessiva. Quando si pianificano distribuzioni più ampie, gli architetti dovrebbero consultare le tendenze dei prezzi MFS1S50-H010E (sconti sul volume si applicano tipicamente sopra le 100 unità) e verificare che le inserzioni MFS1S50-H010E in vendita da distributori autorizzati corrispondano alla lunghezza e all'orientamento di breakout richiesti.

Descrizione della topologia tipica: In una distribuzione a due rack, il Rack A contiene gli switch leaf L1 e L2. Il Rack B contiene gli switch spine S1 e S2. Un NVIDIA Mellanox MFS1S50-H010E collega la porta da 200G di L1 alla porta da 100G di S1 (gamba 1) e alla porta da 100G di S2 (gamba 2). Un altro cavo collega L2 in modo simile. Questo crea un uplink non bloccante 2×100G da ciascun leaf a entrambi gli spine, senza hardware aggiuntivo. La costruzione AOC leggera e flessibile consente un facile instradamento attraverso i gestori di cavi verticali senza bloccare le ventole.

Per le operazioni in corso, il MFS1S50-H010E supporta il monitoraggio diagnostico digitale (DDM) tramite l'interfaccia I2C. Le metriche chiave da monitorare includono:

• Potenza di ricezione ottica (per canale): Dovrebbe rimanere nell'intervallo specificato (-6,0 dBm a +3,0 dBm tipico).
• Tensione di alimentazione e temperatura: Le deviazioni possono indicare danni al cavo o problemi ambientali.
• Contatori di errori di collegamento: Qualsiasi aumento degli errori FEC corretti o non corretti suggerisce problemi a livello fisico.

Risoluzione dei problemi comuni: Se una gamba del cavo breakout fallisce ma l'altra funziona, controllare il singolo connettore QSFP56 per sporco o danni; riposizionare o pulire utilizzando un pulitore per cassette approvato. Se entrambe le gambe falliscono, verificare che la porta sorgente da 200G sia configurata per la modalità breakout (ad esempio, "split 1x200G to 2x100G" nella CLI dello switch). Per problemi persistenti, fare riferimento al datasheet MFS1S50-H010E per le specifiche di pinout e temporizzazione. I suggerimenti per l'ottimizzazione includono il raggruppamento delle gambe di breakout alla stessa coppia di switch spine per una più facile gestione dei cavi, l'etichettatura chiara di entrambe le estremità e l'evitare raggi di curvatura inferiori a 30 mm per prevenire l'attenuazione ottica.

Il 迈络思(NVIDIA Mellanox) MFS1S50-H010E fornisce una soluzione appositamente progettata per le sfide di interconnessione ad alta velocità a corto raggio tra rack. Integrando la funzione di breakout direttamente nell'AOC, elimina gli adattatori esterni, riduce il disordine dei cavi e semplifica sia la distribuzione che la manutenzione. I benefici quantitativi convalidati nelle distribuzioni di produzione includono:

• Riduzione del 50% del numero di cavi fisici per topologie da 200G a 2×100G
• Risparmio di peso di circa il 70% per collegamento rispetto ai DAC in rame
• Nessun modulo ottico o pannello di permutazione aggiuntivo richiesto
• Compatibilità completa con le porte switch QSFP56 standard

Per le organizzazioni che valutano le opzioni di interconnessione, la soluzione cavo AOC breakout QSFP56 MFS1S50-H010E da 200G offre vantaggi TCO convincenti. Gli architetti di rete possono specificare con sicurezza questo cavo sapendo che il design MFS1S50-H010E compatibile garantisce l'interoperabilità, mentre i team operativi beneficiano della gestione semplificata dei cavi e della diagnostica integrata. Per informazioni sui prezzi o per individuare un distributore autorizzato che offre MFS1S50-H010E in vendita, si prega di contattare il proprio rappresentante locale NVIDIA Mellanox.