microQSFP-Stecker und -Cages

Produktgruppe

microQSFP ist die kleinere, schnellere und kühlere Lösung für den steigenden I/O-Bedarf.

Höhere Rechenzentrumsleistung durch kleinere, schnellere und kühlere Verbindungen

Aufgrund der steigenden Nachfrage nach höherer Bandbreite müssen die Hersteller von Rechenzentrumsgeräten schnellere Switches und Server mit höherer Dichte entwickeln. Das bedeutet aber auch, dass mehr Komponenten in der gleichen Einheit untergebracht werden müssen und damit auch mehr Wärme erzeugt wird. Jetzt ermöglicht eine neue Generation von I/O-Steckverbindern schnellere und kühlere Rechenzentrumsgeräte mit höherer Dichte.

Unsere Kunden bauen Produkte, in denen über Verbindungstechnik Daten zwischen Switches, Servern und anderen Rechenzentrumsgeräten übermittelt und dabei große Mengen Energie verbraucht werden. Die Betreiber von Rechenzentren verwalten oft große Standorte, und der Bedarf an einer höheren Gesamtbandbreite steigt ständig angesichts der zunehmenden Nutzung von Videostreams, Big Data und weiteren bandbreitenintensiven Anwendungen. Dies wirkt sich direkt auf die Hersteller von Rechenzentrumsgeräten aus. Ein Data Center Switch weist beispielsweise einen Formfaktor von einer Höheneinheit (1 HE) auf, und die Hersteller versuchen kontinuierlich, den Datendurchsatz dieser Geräte zu verdoppeln, zu verdreifachen oder zu vervierfachen. Dies bedeutet, dass Steckverbinder und sonstige Bauteile in diesen Geräten kleiner und schneller werden müssen – kleiner, um die Verbindungsdichte an der Frontplatte des Geräts zu erhöhen, und schneller, um den Durchsatz pro Steckverbinder zu erhöhen. 

  1. Die Innovation hinter microQSFP (Englisch)

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Die grundlegende Herausforderung besteht darin, dass bei der Unterbringung schnellerer Steckverbinder auf engerem Raum mehr Wärme entsteht. Daher müssen bei den I/O-Komponenten in Rechenzentrumsgeräten die Aspekte Größe, Geschwindigkeit und Wärmeentwicklung sorgfältig gegeneinander abgewogen werden. Bei Hochgeschwindigkeits-I/O wird ein optischer Transceiver in einen Cage gesteckt, um optische Signale in Elektrizität umzuwandeln. Dabei wird Wärme erzeugt. Normalerweise stammt diese Wärme von einem internen Modul, und sie wird zur Außenwand bzw. zum Cage des Transceivers, vom Cage zum daran angebrachten Kühlkörper und von dort aus in den Luftstrom innerhalb des Gehäuses geleitet.

Allerdings steigt mit zunehmender Dichte auch die Wärmeentwicklung. Werden ohne entsprechende Vorkehrungen immer mehr I/O-Steckverbinder auf einer Frontplatte untergebracht, führt dies schnell zu einer thermischen Überlastung, bei der sich die benachbarten Module gegenseitig aufheizen. Dieses Übermaß an erzeugter Wärme kann nicht ausreichend abgeleitet werden. Bei einer Steigerung des Durchsatzes von 3,2 Tbit/s auf 6,4 Tbit/s in einem Switch von 1 HE verdoppelt sich die Anzahl der I/O-Module von 32 auf 64, und hinter diesen Modulen stehen zahlreiche weitere Komponenten, die ebenfalls Wärme erzeugen. Dem Gerätehersteller bleibt nur die Möglichkeit, die Einheit und die Komponenten durch einen besseren Luftstrom über mehr Löcher in der Frontplatte zu kühlen. Dadurch wird natürlicher wertvoller Platz verschenkt.

Eine neue Lösung für kleinere und schnellere Verbindungen ist der microQSFP-Standard. Die Ingenieure von TE haben erkannt, dass microQSFP eine technologische Grundlage für schnellere und kleinere I/O-Verbindungen darstellt. QSFP28 unterstützt zwar 3,2-Tbit/s-Switches, das Modul war jedoch zu groß, um die erforderliche Dichte für eine neue Generation von 6,4-Tbit/s-Switches zu bieten.

Der Umstieg auf einen kleineren Steckverbinder mit microQSFP bei gleichzeitiger Erhöhung der Bandbreite war ein riesiger Schritt in die richtige Richtung. Allerdings stellte das dritte Problem der Wärmeleistung die größte Herausforderung dar. Im Wesentlichen lässt sich die Anzahl der Verbindungen in der gleichen Höheneinheit mit microQSFP verdoppeln. Die doppelte Zahl an optischen Komponenten bedeutet auch doppelt so viel erzeugte Wärme. Bei microQSFP mussten wir uns also etwas grundlegend anderes einfallen lassen, um Wärme abzuleiten.  

Die Produktfamilie der microQSFP-Verbindungen von TE
Die Produktfamilie der microQSFP-Verbindungen von TE

Zuerst versuchten es die Ingenieure von TE bei ihren Designprototypen mit Wärmerohren, Lüftern und thermoelektrischer Kühlung. Diese waren aber allesamt zu kostspielig und komplex. Schließlich gingen die Ingenieure von TE das Problem des Wärmemanagements an, indem sie die Grundelemente der Lösung neu zusammensetzten. Vor allem durch die Integration des Kühlkörpers in den Transceiver oder Stecker anstatt in den Cage konnten sie die Wärmekapazität gegenüber herkömmlichen Schnittstellen deutlich verbessern. Die Ingenieure von TE haben die bisherigen Ansätze völlig neu überdacht. Dadurch waren sie in der Lage, eine Lösung für alle drei Anforderungen zu liefern: kleiner, schneller und kühler. 

Ab sofort können Hersteller von Rechenzentrumsgeräten angesichts des steigenden Bedarfs an I/O-Verbindungen kleinere, schnellere und kühlere Lösungen bereitstellen.
Lucas Benson,
Globaler Produktmanager, Hochgeschwindigkeits-I/O-Produkte
Lucas Benson

Durch die Integration des Kühlkörpers in das I/O-Modul konnten die Ingenieure von TE den Wärmepfad deutlich reduzieren und gleichzeitig den Luftstrom an den einzelnen Steckern und Cages der Einheit erhöhen. Normalerweise sollte die Cagetemperatur eines Moduls 70 °C nicht überschreiten. Durch die Entwicklung von microQSFP-Verbindungen mit integrierten Kühlkörpern konnten die Ingenieure von TE hinsichtlich der abgegebenen Wärme Verbesserungen von ca. 15 °C erzielen, sodass der Richtwert von 70 °C deutlich unterschritten wurde.

Um ein branchenweites Ökosystem für diese revolutionäre Lösung zu schaffen, wurde das Design durch ein Multi-Source-Agreement (MSA) standardisiert, bei dem TE von Anfang an maßgeblich mitwirkte.

Ab sofort können Hersteller von Rechenzentrumsgeräten angesichts des steigenden Bedarfs an I/O-Verbindungen kleinere, schnellere und kühlere Lösungen bereitstellen. 

Autor

Lucas Benson, Globaler Produktmanager, Hochgeschwindigkeits-I/O-Produkte