Come implementare la connettività modulare ad alte prestazioni per le apparecchiature dei data center aziendali

Quando si progettano server, dispositivi di memorizzazione e apparecchiature di rete per supportare applicazioni nel campo dei big data nei data center aziendali, su cloud e nelle infrastrutture di comunicazione di nuova generazione, è necessario fornire soluzioni di connettività compatte per gestire le necessarie velocità di trasmissione dei dati. Per velocità si intendono segnali ad alta velocità fino a 56 Gbps utilizzando la modulazione di ampiezza degli impulsi a quattro livelli (PAM4), le generazioni 4 e 5 di Peripheral Component Interconnect Express (PCIe), la memoria non volatile Express (NVMe), SCSI collegato in serie (SAS), le specifiche Small Form Factor Pluggable (SFP) e Quad SFP (QSFP).

Queste applicazioni richiedono connettori sottili ed economici che offrano alti livelli di integrità del segnale (SI), modularità e scalabilità e che riducano al minimo i tempi di inattività grazie alla facilità di manutenzione e riparazione. I connettori devono anche sostenere numerosi cicli di accoppiamento con basse forze di inserimento e impedenze dell'ordine di 92, 85 e 95 Ω per adeguarsi alle varie esigenze di interoperabilità e SI.

Questo blog introduce e descrive brevemente gli standard di settore e le esigenze SI di PAM4, PCIe, NVMe, SAS, SFP e QSFP. Si avvale poi di PCIe come applicazione di esempio per discutere l'importanza della selezione dell'impedenza e la necessità di soluzioni di connettori sottili a bordo scheda e cablati nei server ad alta densità, nei dispositivi di archiviazione e di rete. In questa panoramica, esamineremo alcune opzioni di connettori Mini Cool Edge di Amphenol utilizzabili per la connettività modulare, compatta e ad alte prestazioni nelle apparecchiature dei data center aziendali e cloud.

Rispetto degli standard e raggiungimento della SI

La specifica del connettore Mini Cool Edge è conforme allo standard Small Form Factor (SFF) TA1002 della Storage Networking Industry Association (SNIA), che comprende connettori ad angolo retto, a montaggio accavallato e ortogonali per server e dispositivi di archiviazione. Questo standard è stato adottato dai comitati Enterprise and Datacenter Standard Form Factor (EDSFF) e Open Compute Project (OCP) rispettivamente per le applicazioni di unità a stato solido (SDD) e di schede di interfaccia di rete (NIC) 3.0.

Le soluzioni Mini Cool Edge OverPass^TM IO da 0,60 mm (progettate specificamente per le applicazioni flyover) supportano anche le architetture di sistema Gen Z a bassa latenza, che offrono prestazioni elevate e SI migliorata. Questi connettori sono caratterizzati da impedenze altamente stabili e bilanciate e da parametri S come la perdita di inserzione, l'attenuazione di riflessione e la diafonia che consentono la SI necessaria per la connettività ad alta velocità. Supportano sia le applicazioni con scheda aggiuntiva (AIC) che quelle cablate, fino a 56 Gbps PAM4, PCIe Gen 4 e Gen 5, su una distanza di trasmissione di 1 metro. Le opzioni di impedenza includono 85 Ω (serie G97), 92 Ω (serie G42) e 95 Ω (serie G98). Sono disponibili diversi numeri di pin che soddisfano le specifiche PCIe, NVMe, SAS, SFP(+) e QSFP.

Come già detto, i connettori Mini Cool Edge supportano numerose specifiche di interfaccia. Tuttavia, il resto di questo blog prenderà in esame le considerazioni di progettazione necessarie per un'interfaccia PCIe.

Qual è l'impedenza richiesta?

I fattori da considerare nella progettazione di interconnessioni ad alta velocità per le interfacce PCIe sono molti, tra cui le tracce e i fori di via dei circuiti stampati (schede CS), dove i connettori sono in cima alla lista. Quando si progettano soluzioni di connettività modulari compatte è fondamentale mantenere la SI e, per raggiungere l'obiettivo prefissato, è essenziale scegliere l'impedenza corretta.

La determinazione dell'impedenza ottimale è complicata dai numerosi tipi di interconnessione PCIe. Tra gli esempi vi sono i flyover midplane-scheda madre (MB), i flyover chip-chip, i flyover chip-ingresso/uscita esterni (I/O) e altri ancora (Figura 1). Queste interconnessioni possono avere un CI in contenitore a una o a entrambe le estremità e possono includere più circuiti stampati come una scheda processore, un riser o schede aggiuntive. Sono inoltre presenti le connessioni elettromeccaniche della scheda PCIe (CEM). Un'impedenza di 85 Ω assicura l'interoperabilità dei sistemi e delle schede che utilizzano la specifica CEM, garantendo l'abbinamento dell'impedenza con qualsiasi dispositivo accoppiato. Tuttavia, 85 Ω non è un requisito assoluto di PCIe.

Figura 1: Le interconnessioni flyover assumono una varietà di forme e devono supportare un'alta SI. (Immagine per gentile concessione di Amphenol)

E se l'interoperabilità CEM non è richiesta?

L'interoperabilità CEM non è obbligatoria per molte applicazioni PCIe. Le specifiche PCIe stabiliscono che il requisito di 85 Ω non si applica necessariamente a connettori, cavi, via e altre interconnessioni. È necessario unicamente per l'interoperabilità CEM. Senza l'esigenza di interoperabilità, la scelta dell'impedenza di interconnessione dipende dalle priorità relative alla SI. Se ad esempio la priorità è la perdita di inserzione, impedenze più alte come 92 o 95 Ω possono essere una scelta migliore.

Oltre ad avere bisogno di una gamma di scelte di impedenza per ottimizzare la SI, è necessario disporre di una varietà di configurazioni fisiche dei connettori in grado di supportare vari disegni meccanici, come le uscite laterali destra e sinistra, nonché le interconnessioni ad angolo retto (RA) e diritte (Figura 2). Rispetto alle tracce sulla scheda, la soluzione corretta di connettori e cavi flyover può consentire lunghezze di interconnessione maggiori con una elevata SI e supportare la modularità e l'espandibilità, semplificando al contempo la manutenzione e la riparazione.

Figura 2: I connettori con numerose configurazioni fisiche possono soddisfare le esigenze di confezionamento di applicazioni specifiche. (Immagine per gentile concessione di Amphenol)

Connettori PCIe compatti

Quando si progettano interconnessioni PCIe, possono essere delle buone soluzioni i connettori Mini Cool Edge IO OverPass^TM di Amphenol. Questi connettori sottili offrono un nuovo approccio alla progettazione dei sistemi: modulare, scalabile, facile da riparare ed economico. Oltre al passo di 0,60 mm e al supporto di segnali ad alta velocità fino a 56 Gbps dei PAM4/PCIe, Gen 4/PCIe e Gen 5/PCIe, le altre caratteristiche principali includono:

• Configurazioni verticali e ad angolo retto (Figura 3).
• Uscite di cavo diritte, ad angolo retto, laterali a destra e a sinistra.
• Supporto di segnali fino a 56 Gbps su una distanza di trasmissione di 1,0 m.
• Lo stesso connettore può supportare configurazioni cablate e bordo scheda.
• Sono disponibili diversi valori di impedenza, tra cui: 92 Ω (serie G42, come G42V12312HR a 74 posizioni), 85 Ω (serie G97, come G97R26312HR a 148 posizioni) e 95 Ω (serie G98, come G98V11312HR a 38 posizioni).
• Capacità di resistere a 250 cicli di accoppiamento, con una forza di accoppiamento massima di 0,6 N per pin e una forza di disaccoppiamento minima di 0,06 N per pin.

Figura 3: Connettori Mini Cool Edge IO con passo di 0,6 mm, verticale (in basso) e ad angolo retto (in alto). (Immagine per gentile concessione di Amphenol)

Conclusione

Quando si progettano interconnessioni PCIe per apparecchiature destinate ai data center aziendali come server, storage e dispositivi di rete, la linea Mini Cool Edge IO OverPass^TM di Amphenol si rivela preziosa. Include un'intera gamma di opzioni di connettori che soddisfano numerosi standard industriali e supportano le vostre esigenze di SI con soluzioni economiche per configurazioni modulari, scalabili e facili da riparare.