El mundo de hoy ansía recibir noticias y datos en tiempo real y ricos en información en períodos muy cortos de tiempo. Ya sea transmisión de vídeo en un sitio como YouTube, comunicación a través de redes sociales como Facebook o MySpace, descargar archivos digitales en formato MP3 o archivos de vídeo para entretenimiento instantáneo, o actualizaciones de Twitter en tiempo real, estas actividades de Internet que ahora forman parte de la vida cotidiana no existían hace cinco años. Esta necesidad aparentemente insaciable por obtener más datos y un ancho de banda en la red proporcionado, seguirá creciendo en el futuro próximo, impulsada por nuevas aplicaciones que hacen uso intensivo del vídeo como la IPTV, las redes de pares, el vídeo bajo demanda y los vídeos de Internet en televisores y ordenadores. Se espera que la demanda de contenido de vídeo crezca a una TCAC del 52% de 2008 a 2011, como muestra el Gráfico 1.

En vista de este crecimiento previsto, las empresas líderes, las organizaciones del sector y las asociaciones de comercio han estado trabajando activamente para asegurarse de que las especificaciones y los productos estén preparados para afrontar estas necesidades de capacidad previstas. Se han desarrollado varias especificaciones del sector para asegurar la uniformidad, la compatibilidad y la funcionalidad de red de las conexiones de hardware, de señal y de las comunicaciones de software. Estas normas industriales incluyen aquellas para tecnologías de interconexión para centros de datos, como Infiniband, el Canal de fibra, Ethernet, Ethernet, Serial Attach SCSI (SAS), y Serial ATA (SATA). Mientras tanto, organizaciones como la Infiniband Trade Association y varios subcomités de IEEE 802.3 están inmersas en el proceso de ultimar especificaciones que respondan al deseo del sector de sistemas capaces de albergar anchos de banda de 40 Gb/s y 100 Gb/s y conexiones I/O. Para reforzar aún más estas tendencias, se han publicado una hoja de ruta que apunta a anchos de banda de enlace que superan con creces de 100 Gb/s en el rango de ancho de banda de 100 Gb/s. Véase el Gráfico 2.

Satisfacer estas necesidades de ancho de banda no siempre es fácil, ya que los proveedores de servicios deben equilibrar las demandas de los clientes para una entrega de servicios puntual, fiable y rentable, con costes de energía y de equipo, la utilización de equipos y la eficacia y productividad general de los centros de datos. Es evidente que estos retos seguirán afectando prácticamente a todos los centros de datos y a las plataformas de equipos de comunicación, ya sean conmutadores, routers, servidores o sistemas de almacenamiento.
El crecimiento y la proliferación del número de conexiones de servidor de 10Gb/s durante los próximos cinco o seis años, vendrán seguidos de un ciclo de crecimiento similar en las conexiones de 40 Gb/s que comenzarán entorno al año 2015. Para conectar estos servidores a la red, los analistas del sector esperan que los conmutadores de Ethernet experimenten una TCAC del 143% de 2008 a 2012, y que la demanda de servidores de alto rendimiento para puertos de 10G tendrá una TCAC de un 31% durante el mismo periodo de tiempo.

Para favorecer la progresión de este sector existen especificaciones de interfaces de I/O y conexiones con cable nuevas y en evolución como SFP+, QSFP+, CXP, mini-SAS HD y CFP que proporcionarán las conexiones de cable de alta velocidad externas e internas necesarias para gestionar este gran crecimiento.
¿En qué lugar dejan esta evolución del producto y los avances tecnológicos a los suministradores de las soluciones de conexión actuales de I/O basadas en el cobre? La respuesta más corta es que hacer un conjunto de cables para estos sistemas no es tan sencillo como lo era antes. Hay varios retos que cualquier suministrador de conjunto de cables viable debe afrontar para asegurarse de que está suministrando a sus clientes un enlace de interconexión compatible y de alta calidad.

Diseño de sistemas y de equipos
Los diseñadores de sistemas y de equipos se enfrentan a varios retos al intentar adaptarse a las crecientes demandas de ancho de banda. Las tecnologías como los procesadores multinúcleo, la virtualización, la consolidación, la creciente velocidad de los buses del host y el rendimiento de la memoria han ayudado a aumentar la capacidad disponible que un diseñador puede integrar en el diseño de un sistema, pero estas tecnologías fuerzan la capacidad de ancho de banda, el consumo de energía y la gestión de la energía y la temperatura. La migración a mayores velocidades conservando una integridad adecuada de la señal, dificultan cada vez más el uso continuado de materiales de circuito impreso habituales y rentables como el FR-4 y cables con aislamientos utilizados normalmente, así como los procesos de fabricación.

Tomemos como ejemplo del reto de gestión de energía una búsqueda en Google. Con las capacidades y tecnologías de chips actuales, se estima que una búsqueda en Google requiere 3 vatios de potencia para completar la consulta. Pero para un enfriamiento y disipación adecuados del calor generado por la búsqueda, se necesitan 3 vatios más. Esta necesidad de potencia están llevando a los diseñadores a utilizar técnicas “ecológicas” como la funcionalidad de gestión de energía del puerto, que pasa automáticamente el puerto a un modo “en espera” cuando no está siendo utilizado. Con esto se intenta reducir el consumo de energía mediante una gestión más eficiente de la misma. Esto no es más que un ejemplo de las múltiples y, a veces, conflictivas consideraciones que deben intentar sopesar los diseñadores de sistemas y los usuarios en los diseños de equipos de nueva generación.

La integridad de la señal a mayores velocidades y consumo de energía no son las únicas cuestiones que deben tener en cuenta los diseñadores y los usuarios. Otros factores, como la gestión y la disipación adecuada del calor del sistema, un flujo de aire suficiente, el enrutamiento de cables y las protecciones EMC/EMI, la densidad de puertos y la instalación, extracción y conexión de conjuntos de cables, también han de ser tenidos muy en cuenta.
Los fabricantes de equipos y los usuarios están buscando sistemas de interconexión flexibles y adaptables a los futuros cambios tecnológicos que sean fáciles de instalar, de mantener y que proporcionen una capacidad potencial de rendimiento compatible con futuras actualizaciones del sistema. Mientras que el requisito mínimo consiste en mantener la densidad de puertos del sistema actual, existe preferencia por aumentar la densidad del ancho de banda del puerto I/O en el borde de una tarjeta de línea para proporcionar una mayor capacidad. Lo que se busca es la posibilidad de diseñar o configurar libremente cualquier puerto del sistema disponible con cableado de fibra o de cobre, según el entorno de instalación específico, con los mínimos problemas y costes posibles.

Todas estas necesidades han contribuido a que se sea necesaria una relación laboral más estrecha entre los diseñadores de sistemas y los suministradores de sistemas de I/O de alta velocidad. En el pasado, estas dos disciplinas no colaboraban demasiado, pero con la llegada de mayores velocidades de señal, se hizo evidente la necesidad de aumentar la colaboración entre los diseñadores de sistemas y los diseñadores de sistemas de I/O, para alcanzar los objetivos indicados anteriormente. Esto también requiere que ambas partes aprecien y comprendan mejor las capacidades específicas funcionales y de diseño que puede aportar cada una de ellas al diseño general del sistema sin añadir costes y gastos de fabricación excesivos.
Esta nueva dinámica se ilustra mejor con la colaboración entre organismos de normalización del sector, comités y subcomités, así como entre grupos ad hoc del sector, como el Comité Small Form Factor committee (SFF), en el que tiene lugar una gran cantidad de discusiones y colaboración. Esta interacción se ha convertido en una necesidad para los suministradores de equipos que, en último lugar, son los que les dan a sus clientes lo que piden. El suministrador de sistemas I/O debe proporcionar al diseñador de equipos tanta flexibilidad y funcionalidad como le sea posible.

Soluciones de sistemas I/O
La buena noticia es que los sistemas I/O que han sido desarrollados solucionan muchos de los requisitos. Los sistemas de I/O XFP y SFP basados en cobre y en fibra óptica ya llevan un tiempo en el mercado. Han sido claves para llevar los anchos de banda de los puertos I/O a los 5 a 6+ Gb/s por nivel de capacidad de canal. Estos sistemas también son más compactos para minimizar la línea de contacto de la placa longitudinal necesaria. El sistema SFP redujo notablemente la línea de contacto y el diseño del módulo requeridos por sistemas anteriores como GBIC y XENPAK.

Una necesidad que no conseguía solucionar el sistema SFP era la capacidad de canal de 10 Gb/s, cuya demanda existe en la actualidad. Esto llevó al desarrollo del sistema SFP+, con capacidad para soportar correctamente una capacidad de canal de 10 Gb/s. Aunque que los sistemas SFP y SFP+ comparten el mismo espacio de placa, conectores y unidades, solo los sistemas SFP+ pueden soportar un ancho de banda de canal de 10 Gb/s.
El progreso del desarrollo de productos de E/S continúa con los recientes desarrollos de interfaces estándar del sector como QSFP+, mini-SAS/SATA, mini-SAS HD, CXP y CFP.

El sistema QSFP+ ha sido creado para suplir la necesidad de un sistema de E/S capaz de soportar un ancho de banda total de 40 Gb/s en cada puerto. De manera similar, el sistema CXP está siendo desarrollado para soportar sistemas que buscan un ancho de banda total de entre 100 y 120 Gb/s por puerto. Ambos sistemas están siendo desarrollados, ofrecidos y alineados con varias tecnologías de interconexión, como Infiniband y Ethernet, y están siendo adoptados en varias especificaciones del sector. Ambos ofrecen también unidades y conectores compatibles tanto con una solución de cables de cobre pasivos, utilizada normalmente para cables relativamente cortos (de 5 a 7 metros o más largos, según los criterios de aceptación); una solución de cables de cobre con ecualización activa para longitudes mayores (hasta 15 metros o más, según los criterios de aceptación); un módulo de transceptor óptico insertable con un conector E/S óptico en la parte posterior del módulo; o un conjunto de cables ópticos activos (AOC) con terminación de la fibra óptica dentro de la carcasa posterior del cable. El enfoque arquitectónico les proporciona al instalador y al usuario del sistema flexibilidad para definir y cambiar la configuración de puertos y las capacidades según sea necesario.

El sistema CFP, anunciado a principios de 2009 como MSA (Multi-source agreement o Acuerdo de suministro múltiple) adopta un enfoque similar al de la interfaz CXP en que tiene capacidad para soportar un ancho de banda de 100 Gb/s. El sistema CFP, tal y como está configurado actualmente, siempre tendrá el transceptor alojado en el módulo y utiliza una interfaz de conector estándar de dos piezas entre el módulo y el puerto del equipo. El lateral E/S del módulo permite múltiples opciones de configuración de puertos (SFP+, QSFP+, CXP o combinaciones de interfaz óptica simplex o multifibra), que se pueden personalizar según la distribución de datos y la interfaz E/S deseada por el cliente. En contraste con el módulo CXP, más compacto, el módulo transceptor CFP, más grande, está optimizado para aplicaciones de fibra monomodo de mayor alcance.

La demanda de ancho de banda y de velocidades de transmisión de señal se ve impulsada por aplicaciones de redes sociales y un uso intensivo del vídeo que, previsiblemente, experimentarán un gran aumento en el futuro. Existe un nivel de colaboración notablemente mayor entre los diseñadores de equipos, los suministradores de cables en bruto, de componentes, y suministradores de sistemas E/S de alta velocidad que es necesario para responder adecuadamente a estas demandas de mercado, y que se verá reflejado en productos que ofrecen una mayor flexibilidad y densidad de puerto en la configuración de los puertos. A la luz de la funcionalidad añadida y de las mayores velocidades de señal, la fabricación de estos conjuntos de cables es un reto mucho mayor en la actualidad.

Las consideraciones de calidad para los cables en bruto, para el diseño de circuitos impresos y para la gestión, el pelado, la terminación y alivio de tensión de los cables, deben ser gestionadas y controladas adecuadamente a medida que estos sistemas y componentes vayan evolucionando.

Referencias
Índice de Conectividad Visual de Cisco: previsión y metodología, 2007-2012, 16 de junio de 2008 Comunicado de prensa de Cisco.

Infiniband Trade Association Roadmap, 2005-2011+.

Autor: Jim David, jefe de producto global para grupos de cables de alta velocidad y conectores, FCI

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