La solución de cableado para los centros de datos actuales

Al igual que las tuberías transportan gas o petróleo, los cables transportan datos, el combustible de la informática.

Los tipos de cables que necesitan los equipos de datos y comunicaciones dependen de varios factores, como el tipo de tráfico que transportan y las distancias que recorren. Por ejemplo, los cables para el almacenamiento de datos dirigen el tráfico desde las computadoras a los interruptores de almacenamiento y a las unidades de almacenamiento, mientras que los cables para el tráfico de red dirigen los datos desde las computadoras a los interruptores de red y a los enrutadores. El tráfico de telecomunicaciones se desplaza desde las torres de telefonía móvil o las cajas de cable hasta las oficinas centrales. Cada uno de ellos requerirá distintos tipos de cable.

Las distancias también importan: el cableado puede discurrir por distancias muy cortas, dentro del mismo bastidor de servidores o entre distintos bastidores o salas de un edificio. Sin embargo, el resto del cableado debe abarcar todo el terreno y recorrer kilómetros.

A lo largo de los años, las decisiones sobre el cableado se han vuelto cada vez más importantes debido a un hecho global: el rápido crecimiento de los centros de datos.

El auge de los centros de datos

La revolución de la IA depende de centros de datos de alta velocidad, que sirven de columna vertebral informática para las aplicaciones. Con el crecimiento explosivo de la IA, se está observando un crecimiento concomitante de la demanda de centros de datos. Sólo en Estados Unidos se registrará un aumento del 10 % en la demanda de centros de datos, al menos hasta 2030, según McKinsey. Además, debido sobre todo a la creciente demanda de servidores de IA, los gastos de capital de los centros de datos crecieron casi un 50 % solo en el segundo trimestre de 2024, según un informe de Dell'Oro Group.

Para satisfacer el insaciable apetito de informática de alta velocidad, ya no basta con aumentar el número de centros de datos. Los servidores de alto rendimiento también necesitan una tasa de producción mejor, más rápida y más elevada, tanto para transportar información dentro de los centros de datos como entre ellos a través de las interconexiones. Mientras que las redes de 100 G solían ser el estándar de oro, los despliegues de 400 G se están convirtiendo en una rutina, con el IIoT, la computación en la nube y la IA impulsando su adopción. Otra evolución de los centros de datos que hay que observar es el creciente clamor por reducir el consumo de energía. Esto significa que la velocidad de transferencia de datos debe aumentar y ser más eficiente desde el punto de vista energético.

¿Qué significa esta necesidad de una informática más grande, mejor, más rápida y más eficiente energéticamente para el cableado del centro de datos? En su forma más básica, los cables deben transportar datos rápidamente, tener baja latencia y hacerlo sin perder paquetes de datos ni consumir demasiada energía. Además, el cable debe realizar esta tarea sin generar demasiado calor, ya que la refrigeración también requiere energía.

Aunque un centro de datos cuenta con docenas y docenas de tipos de equipos, incluidos sistemas de red, refrigeración, almacenamiento y alimentación, en este artículo nos centraremos en el cableado de los componentes de hardware de un rack de centro de datos típico. Entre ellos figuran los interruptores, que actúan como controladores del tráfico, y los transceptores, que convierten los datos de un sistema a otro.

Cables para los centros de datos actuales

Para comunicaciones de gran volumen, como las de 10 Gbps de capacidad, o las más modernas, de 400 Gbps, se suelen utilizar tres tipos de cables. Una conexión doméstica típica a Internet es inferior a 1 Gbps.

El cable CAT6: Común en redes Ethernet para transportar tramas, el cable CAT6 utiliza conectores RJ45. Para conectarse a equipos de conmutación, utiliza un transceptor RJ45 para convertir desde el interruptor a señales compatibles con RJ45 y viceversa en el otro extremo. Su latencia es de unos 2,6 ns y puede recorrer unos 100 m. El transceptor añade un consumo de energía de unos 4 W.

Fibra óptica: Común en la comunicación de video y audio, la fibra óptica también encuentra aplicaciones en redes y datos. Utiliza conectores ópticos y necesita un transceptor para convertir la electricidad en luz y luego de nuevo en electricidad. Una vez convertida en luz, la latencia de la fibra óptica es de unos 0,1 ns, y puede recorrer cientos de medidores. Sin embargo, es muy exigente: la fibra óptica contiene vidrio o plástico que no se dobla con facilidad, y si el extremo coge una mota de polvo, la capacidad disminuye. Además, es caro, sobre todo si se le añade el transceptor óptico, que aumenta el consumo unos 4 W.

Cobre de conexión directa (DAC): El DAC es la opción de cableado más sencilla y permisiva. Fabricado con terminales de cobre, es el más adecuado para aplicaciones de corta distancia, como componentes dentro del mismo bastidor. El DAC es barato y flexible y puede utilizarse sin transceptores al conectar equipos compatibles, pero sólo sirve para unos pocos medidores. Además, el DAC no debe funcionar demasiado cerca de fuentes de alimentación, baterías grandes o imanes porque puede sufrir interferencias.

Hay DAC pasivos y activos. El DAC pasivo no tiene transceptores y, como la transmisión es pasiva, transfiere la señal original tal cual. La ausencia de transceptores ayuda a mantener el consumo de energía al mínimo.

Un DAC activo tiene transceptores entretejidos que también compensan las posibles pérdidas de señal, lo que lo convierte en una apuesta más segura para aplicaciones de larga distancia en un centro de datos. La adición de elementos electrónicos como los transceptores aumenta un poco el consumo de energía del DAC activo, normalmente alrededor de 1 W.

Las ventajas del DAC para los centros de datos

En un centro de datos, la latencia (el tiempo que tardan los datos en pasar de una fuente a otra) debe ser lo más corta posible. Muchas aplicaciones en las que el tiempo es un factor crítico, como los robots móviles autónomos (AMR) en los almacenes o las operaciones financieras diarias, dependen de decisiones tomadas en fracciones de segundo. La ventaja más significativa del DAC es su baja latencia. Esta característica fundamental del DAC es consecuencia directa de su sencillez. No tiene componentes intermediarios complejos por los que deban pasar los datos, lo que hace que los diseños sean menos complejos y más fáciles de mantener.

El DAC también es una opción de cableado asequible, y el DAC pasivo, en particular, consume muy poca energía. La mayor limitación es la longitud a la que estos cables pueden funcionar sin demasiada degradación de la señal, normalmente unos pocos medidores. No es el más eficiente para la transmisión de datos a larga distancia, el DAC es más adecuado para conexiones de corto alcance dentro del mismo rack o entre racks. Su capacidad para doblarse lo hace especialmente adecuado para interconexiones densas que deben pasar entre sí y por esquinas estrechas.

Los arneses de cables DAC QSFP-DD 400G de la serie 9V4 de 3M (Figura 1), utilizan la tecnología de cable axial doble de 3M para crear una solución flexible, plegable y de alto rendimiento. Cabe destacar el factor de forma conectable QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density), un estándar de hardware que facilita conexiones más rápidas. SFP significa que el cable tiene una forma y tamaño estándar que se conecta a los equipos de red; el "quad" indica los cuatro canales de datos que puede admitir el cable; y la doble densidad permite que fluya el doble de datos a través de un conector del mismo tamaño físico.

Figura 1: Los arneses de cables DAC QSFP-DD de 400 G de la serie 9V4 de 3M son especialmente valiosos para conexiones de corto alcance y baja latencia dentro del mismo bastidor o entre bastidores en centros de datos. (Fuente de la imagen: 3M)

El resultado neto es que los cables DAC como la serie 9V4 400 G QSFP-DD de 3M son los mejores de su clase para acomodar anchos de banda de hasta 400 Gbps para conectar servidores, interruptores, almacenamiento y otros equipos de alta velocidad.

Consideraciones sobre el diseño del cableado del DAC en los centros de datos

Dado que el DAC pasivo es el más económico y de baja latencia para los centros de datos, merece la pena considerar cómo se integra en los bastidores de la infraestructura de los centros de datos.

Algunos factores clave a tener en cuenta son:

• Compatibilidad con el hardware: Dado que los cables deben conectarse a transceptores, interruptores, enrutadores, etc., es importante asegurarse de que las selecciones sean compatibles con los sistemas existentes y se puedan adaptar a futuras iteraciones. La serie 9V4 QSFP-DD de 400G de 3M es compatible con la mayoría de los equipos actuales. En caso de que los centros de datos necesiten dividir un puerto de alta capacidad en varias conexiones de menor capacidad (como cuatro conexiones de 100 Gbps u ocho de 50 Gbps a partir de una de 400 Gbps), la serie también incluye arneses de cables.
• Preservar las señales de datos: El diseño para DAC debe tener en cuenta que los cables son particularmente susceptibles a las interferencias electromagnéticas (EMI), especialmente de los cables de alimentación y cables. Por lo tanto, los cables de datos DAC deben estar claramente separados de los equivalentes de alimentación.
• Fácil acceso para el mantenimiento: La colocación de los cables debe facilitar el acceso de los técnicos de mantenimiento. El cableado aéreo, en el que el DAC entraría en cascada desde el techo de la sala, suele considerarse una mejor opción para el acceso, ya que el cable no tiene que ser demasiado largo ni estar demasiado retorcido para las interconexiones.
• Ventilación y refrigeración eficientes: Las pilas de tecnología emiten mucho calor, por lo que los planes de ventilación deben tenerse en cuenta en la gestión del cableado DAC. Esto podría afectar a la densidad de equipos y a los requisitos de cableado relacionados.
• Escalabilidad: Las pilas tecnológicas cambian, y el cableado DAC debe poder adaptarse a esos cambios. Agrupar los cables y etiquetarlos y formar mazos de forma eficaz ayuda a los técnicos a gestionar componentes enteros juntos en lugar de tener que clasificar cada uno por separado.

Conclusión:

A medida que la informática evoluciona para dar cabida a la IA en los bordes, más virtualización y entornos hiperconvergentes, es de esperar que las necesidades de equipos de hardware relacionados también cambien.

En el futuro, es probable que se recurra más al hardware de aprendizaje automático, los centros de datos periféricos y la infraestructura distribuida. El hardware con funciones avanzadas de seguridad y sostenibilidad tampoco está muy lejos. A pesar de todo, es probable que el DAC siga siendo el cable preferido, especialmente en interconexiones cortas en bastidores tecnológicos. Su latencia ultrarrápida y su rentabilidad general son insuperables. Como resultado, el DAC seguirá siendo útil en el centro de datos y más allá.