في الوقت الحاضر، يجب أن تمتلك مراكز البيانات اتصالات مريحة ومستقرة لتحسين الأداء والعمليات غير المنقطعة. تعتبر كابلات النحاس المرفقة مباشرة (DACs) والكابلات البصرية النشطة (AOCs) من المكونات الرئيسية التي تجعل هذا ممكنًا. تُستخدم هذه الكابلات لتحسين نقل البيانات بين الخوادم والمفاتيح وأنظمة التخزين والأجهزة الأخرى داخل مركز البيانات. لكل نوع من الكابلات مزاياه وعيوبه الخاصة اعتمادًا على الاحتياجات أو القيود المحددة لبيئة معينة.

ما هي كابلات DAC في مراكز البيانات؟

كيف تعمل كابلات DAC

تُستخدم كابلات التوصيل المباشر لنقل البيانات عبر الإشارات التفاضلية، حيث تنقل سلكان نفس الإشارة بمستويات جهد معاكسة. هذا يقلل من التداخل الكهرومغناطيسي ويحسن جودة الإشارة. عادةً ما تستخدم كابلات DAC السلبية ببساطة الخصائص المتأصلة لموصلات النحاس لضمان نقل البيانات بكفاءة لمسافات قصيرة، وعادة ما تقتصر على 5 أمتار. في المقابل، تحتوي كابلات DAC النشطة على دوائر مدمجة تعمل على تضخيم الإشارة وتكييفها، مما يسمح لها بدعم مسافات أطول، تصل أحيانًا إلى 10 أمتار، مع الحفاظ على الأداء العالي وأقل زمن وصول. نظرًا لأنها أجهزة التوصيل والتشغيل، فلا يلزم وجود مصدر طاقة إضافي، ولا تتطلب أي إعداد معقد للتنفيذ.

أنواع كابلات DAC كابلات DAC السلبية: التوصيلات السلبية رخيصة وبسيطة؛ ليس لديها أي دوائر لتكييف الإشارة. تُستخدم عادةً لتطبيقات المسافات القصيرة التي تصل إلى 5 أمتار. هذه الأسلاك هي الأنسب للتركيبات الفعالة من حيث التكلفة لأنها تستهلك طاقة أقل ولها تصميم أبسط. كابلات DAC النشطة: تعمل الإلكترونيات المتكاملة في الكابلات النشطة على تحسين سلامة الإشارة مع السماح بمسافات أطول. يظل زمن الوصول منخفضًا حيث يمكن تمديده على مسافة تزيد عن 10 أمتار أو حتى أبعد من ذلك دون المساس بزمن الوصول. لذلك، يجب استخدام هذه الأنواع من الكابلات عندما يكون الأداء العالي مطلوبًا على مسافات أطول. عوامل شكل QSFP و SFP: تأتي كابلات DAC في عوامل شكل مختلفة، وأكثرها شيوعًا هي QSFP (Quad Small Form Factor Pluggable) و SFP (Small Form Factor Pluggable). بالنسبة لروابط 40GbE و 100GbE السريعة، يتم استخدام QSFPDAC، بينما يدعم SFPDAC اتصالات 1GbE إلى 10GbE. تسمح هذه الاختلافات للأشخاص بالاختيار بحرية اعتمادًا على تكوين منفذ معدات الشبكة بالإضافة إلى متطلبات الأداء.

ما هو الكابل البصري النشط؟

 الكابل البصري النشط

الكابل البصري النشط (AOC) هو نوع من الكابلات يستخدم الألياف الضوئية بدلاً من الأسلاك النحاسية التقليدية لنقل البيانات عالية السرعة. بالمقارنة مع كابلات النحاس المرفقة مباشرة (DACs) التي تستخدم الإشارات الكهربائية لإرسال المعلومات بين الأجهزة، تستخدم AOCs الضوء لنقل البيانات بمعدلات عرض نطاق ترددي أعلى على مسافات أطول. تم تطوير هذه الكابلات خصيصًا لمنع تدهور الإشارة على مسافات طويلة، وتوفر تداخلاً كهرومغناطيسيًا منخفضًا وتقليل التداخل. نتيجة لذلك، فهي مفيدة بشكل خاص في بيئات فرط النطاق أو الحالات الأخرى التي يجب فيها الحفاظ على سلامة الإشارة على مسافات كبيرة.

كيف تعمل كابلات AOC

تقوم الكابلات البصرية النشطة (AOCs) بتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية، بحيث يمكن إرسال البيانات بشكل أسرع وعلى مسافات أطول من الأسلاك النحاسية التقليدية. المكونات الرئيسية لـ AOC هي أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية المرفقة بكل طرف من أطراف الكابل وكابل الألياف الضوئية نفسه. إليك كيفية عمل كابل AOC:

وحدة الإرسال: يحتوي هذا المكون على صمام ثنائي ليزر يحول الإشارة الكهربائية الواردة إلى إشارة ضوئية. يستخدم المدخلات الكهربائية من الجهاز لتشفير النبضات الضوئية، والتي يتم إرسالها بعد ذلك عبر الألياف الضوئية.

الألياف الضوئية: تتكون عادةً من البلاستيك أو الزجاج، وهذا هو المكون الرئيسي لأي كابل بصري نشط. يوجه قلب الألياف نقل نبضات الضوء على مسافات طويلة بين جهاز إرسال وجهاز استقبال مع عدم فقدان طاقة الإشارة تقريبًا. يرجع هذا إلى حد كبير إلى خصائص المواد مثل سعة النطاق الترددي العالية ومعدلات التوهين المنخفضة.

وحدة الاستقبال: في أحد الأطراف، توجد عادةً وحدة أخرى تسمى جهاز الاستقبال؛ يحتوي، من بين أشياء أخرى، على كاشف ضوئي (عادةً صمام ثنائي ضوئي) يلتقط نبضات الضوء القادمة ثم يحولها مرة أخرى إلى تيار كهربائي أو إشارة للمعالجة في مكان آخر في اتجاه مجرى النهر إذا لزم الأمر.

سلامة الإشارة: إحدى الخصائص الرئيسية للكابلات البصرية النشطة هي قدرتها على الحفاظ على سلامة الإشارة على مسافات الإرسال الطويلة. يعد الإرسال البصري أكثر مقاومة للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) والتداخل من الأنظمة القائمة على النحاس، والتي توفر نقطة أرضية مشتركة لأجهزة متعددة على طولها. يضمن هذا نقل بيانات بجودة أعلى مع معدلات خطأ بت منخفضة (BER).

استهلاك الطاقة: في حين أن أجهزة الإرسال والاستقبال المضمنة داخل كل نقطة نهاية تتطلب بعض الطاقة، فقد يؤدي هذا إلى انخفاض استهلاك الطاقة الإجمالي عن حلول النحاس المكافئة المصممة لمسافات ممتدة (كما هو الحال داخل مركز البيانات)، مما يجعل الكابلات البصرية النشطة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

الاختلافات من الجوانب التالية:

①: مسافة الإرسال

• مزايا AOC: مسافة إرسال طويلة، عادةً ما تصل إلى 100 متر أو أكثر، ويمكن لبعض المنتجات المتطورة أن تصل إلى عدة مئات من الأمتار.سيناريوهات قابلة للتطبيق: مناسبة للاتصالات لمسافات طويلة بين الرفوف المختلفة في مركز البيانات، أو الاتصالات عبر الطوابق والمباني.
• مزايا DAC: مسافة إرسال قصيرة نسبيًا، عادةً ما بين 3-10 أمتار.سيناريوهات قابلة للتطبيق: مناسبة للاتصالات قصيرة المدى داخل نفس الرف أو بين الرفوف المجاورة.

②. معدل الإرسال

• مزايا AOC: يدعم الإرسال عالي السرعة، وتشمل معدلات الإرسال الشائعة 10 جيجابت في الثانية، و 40 جيجابت في الثانية، و 100 جيجابت في الثانية، وما إلى ذلك.
• سيناريوهات قابلة للتطبيق: قابلة للتطبيق على التطبيقات التي تتطلب إرسالًا عالي السرعة، مثل الشبكة الأساسية لمركز البيانات.

• مزايا DAC: يدعم أيضًا الإرسال عالي السرعة، وتشمل معدلات الإرسال الشائعة 10 جيجابت في الثانية، و 40 جيجابت في الثانية، و 100 جيجابت في الثانية، وما إلى ذلك.
• سيناريوهات قابلة للتطبيق: قابلة للتطبيق على التطبيقات التي تتطلب إرسالًا عالي السرعة ولكنها قصيرة المسافة، مثل الربط البيني بين الخوادم

③. التكلفة

• مزايا AOC: على الرغم من أن التكلفة الأولية مرتفعة، على المدى الطويل، نظرًا لمسافة الإرسال الطويلة، يمكن تقليل استخدام المعدات الوسيطة (مثل المحولات والموجهات)، وبالتالي تقليل التكلفة الإجمالية.
• العيوب: الاستثمار الأولي مرتفع لأنه يشمل الوحدات الضوئية والألياف الضوئية.
• مزايا DAC: التكلفة الأولية منخفضة لأنه لا يلزم سوى الأسلاك النحاسية والموصلات البسيطة.
• العيوب: مسافة الإرسال محدودة ومناسبة للاتصالات قصيرة المدى.

④. جودة الإشارة

• مزايا AOC: لا يتأثر الإرسال البصري للإشارة بالتداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، مع جودة إشارة عالية وفقدان إرسال منخفض.
• سيناريوهات قابلة للتطبيق: مناسبة للتطبيقات التي تتطلب جودة إشارة عالية وزمن وصول منخفض، مثل الحوسبة عالية الأداء وأنظمة التداول المالي.
• مزايا DAC: جودة الإشارة جيدة على مسافات قصيرة، ولكن مع زيادة المسافة، ستتأثر جودة الإشارة بالتداخل الكهرومغناطيسي.
• سيناريوهات قابلة للتطبيق: مناسبة للتطبيقات في بيئات قصيرة المدى ومنخفضة التداخل.

⑤. استهلاك الطاقة

AOC

• المزايا: استهلاك الطاقة مرتفع نسبيًا لأنه يلزم وجود وحدة بصرية لتحويل الإشارة الكهربائية والإشارة الضوئية.

سيناريوهات قابلة للتطبيق: مناسبة للتطبيقات التي لديها قدر معين من التسامح مع استهلاك الطاقة.

DAC

• المزايا: استهلاك منخفض للطاقة لأن الإشارة الكهربائية يتم إرسالها مباشرة دون عملية تحويل إضافية.سيناريوهات قابلة للتطبيق: مناسبة للتطبيقات الحساسة لاستهلاك الطاقة، مثل مراكز البيانات واسعة النطاق.

⑥. نوع الموصل

• أنواع AOC الشائعة: SFP+ و QSFP+ و QSFP28 و CFP وما إلى ذلك.

سيناريوهات قابلة للتطبيق: قابلة للتطبيق على مجموعة متنوعة من معايير الواجهة، ومرونة عالية.

• أنواع DAC الشائعة: SFP+ و QSFP+ و QSFP28 وما إلى ذلك.

سيناريوهات قابلة للتطبيق: قابلة للتطبيق على مجموعة متنوعة من معايير الواجهة، ومرونة عالية.

⑦. الصيانة والموثوقية

• مزايا AOC: يتمتع الإرسال بالألياف الضوئية بموثوقية واستقرار عاليين، ولا يتأثر بسهولة بالبيئة.

العيوب: تكلفة الصيانة مرتفعة نسبيًا، وتتطلب أدوات وتقنيات احترافية.

• مزايا DAC: تكلفة صيانة منخفضة، سهلة الاستخدام، سهلة التركيب والصيانة.

العيوب: قد تتأثر الموثوقية في الإرسال لمسافات طويلة والبيئات عالية التداخل

ملخص

AOC: مناسب للتطبيقات ذات المسافات الطويلة والإرسال عالي السرعة وجودة الإشارة العالية وزمن الوصول المنخفض والموثوقية العالية، على الرغم من أن التكلفة الأولية أعلى.

DAC: مناسب للتطبيقات ذات المسافات القصيرة والإرسال عالي السرعة واستهلاك الطاقة المنخفض والتكلفة المنخفضة، ومناسب للاتصالات في نفس الرف أو بين الرفوف المجاورة.

الخلاصة

أصبح تجميع الكابلات البصرية النشطة هو الحل الأساسي للربط البيني عالي النطاق الترددي وعالي الكثافة في مراكز البيانات من خلال ميزاته خفيفة الوزن وعالية السرعة وطويلة المسافة ومكافحة التداخل القوية واستهلاك الطاقة المنخفض. إنه مناسب بشكل خاص للذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية؛ لا تزال كابلات DAC twinax تنافسية في سيناريوهات المسافات القصيرة والتكلفة المنخفضة.