El apetito, aparentemente insaciable, de los consumidores por contenidos en vídeo (ya sean piezas sacadas de YouTube, vídeo en tiempo real, imágenes de cámaras de seguridad o descargas de vídeos de entretenimiento desde páginas que ofrecen este tipo de servicios) seguirá siendo la principal causa del altísimo crecimiento del tráfico IP en el futuro inmediato.

A pesar de los efectos de la situación económica actual, las previsiones realizadas a mediados del 2009 pronostican que el tráfico mundial se habrá multiplicado por cuatro entre 2008 y 2013, a un ratio de crecimiento global del 40% anual. Para responder a la demanda, los centros de datos de algunos proveedores de servicios de Internet han llegado a ocupar unas superficies gigantescas que implican la conexión de decenas de miles de servidores.

Además, las cada vez más complejas aplicaciones informáticas científicas, técnicas y financieras necesitan superordenadores cada vez más potentes y clusters de alto rendimiento cada vez mayores. En la instalación de procesadores numéricos en masa más importantes, como el “Jaguar” de Cray en Oak Ridge National Labs, el “Roadrunner” de IBM en Los Alamos National Labs y el “Ranger” de Sun en el Texas Advanced Computing Center, pueden llegar a utilizarse más de mil cables y kilómetros de cable para completar todas las conexiones a los servidores, los conmutadores y los dispositivos de almacenamiento.

Los avances de los procesadores multinúcleo, de la virtualización y la consolidación, el aumento de la velocidad del bus del host, de la memoria y de la capacidad de almacenamiento han favorecido que se incrementase la capacidad disponible que un diseñador puede integrar en los sistemas, pero este tipo de tecnología pone todavía más a prueba la capacidad de la banda ancha, el consumo de energía y el control de la temperatura. Cuando se utilizan puertos de I/O de alta velocidad también hay que tener en cuenta las limitaciones de espacio. El tamaño de los racks no parece que vaya a aumentar, así que las posibilidades de aumentar el número de puertos de I/O y el ancho de banda implica el aumento de la densidad de puertos a lo largo del circuito del conmutador o utilizar velocidades de señal más altas en cada línea.

Soluciones E/S de alta velocidad
La buena noticia es que los sistemas I/O que se han desarrollado hasta hoy ya dan respuesta a muchas de estas necesidades. Las empresas líderes del sector y algunas organizaciones de la industria están a la cabeza del desarrollo de especificaciones que garanticen la compatibilidad y la funcionalidad en red de las conexiones del hardware, la señalización y la comunicación por software. Organizaciones como Optical Internetworking Forum, Infiniband Trade Association, los grupos de trabajo IEEE 802.3, INCITS T10 y T11 y el comité SFF han realizado contribuciones muy relevantes.

Actualmente, las conexiones SFP+ están sustituyendo a las SFP en el caso de Ethernet y en el del canal de fibra. El sistema SFP+ ocupa el mismo espacio en la placa que el SFP, pero multiplica por diez el ancho de banda para Ethernet (10 Gb/s vs. 1 Gb/s) y por dos en el caso del canal de banda (8.5 Gb/s vs. 4.25 Gb/s). El sistema SFP+ también posibilita que se pueda designar y configurar libremente cualquier puerto de sistema disponible con cableado de cobre o de fibra, dependiendo de las características de la instalación.

Existen nuevas conexiones en constante evolución que permiten que se desarrollen puertos con un ancho de banda todavía mayor. El sistema QSFP+ utiliza una configuración 4 x 10 Gb/s para un puerto de 40 Gb/s. El sistema CXP ofrece 12 líneas que pueden dar soporte a entre 100 y 120 Gb/s de ancho de banda. QSFP+ y CXP están especificados para conexiones interconectadas Infiniband Quad Data Rate (QDR) 4x y 12x y se prevé que se puedan utilizar para conexiones de 40 Gb/s y 100 Gb/s hacia finales de año, cuando se lance la especificación IEEE 802.3ba.

Si comparamos la densidad de ancho de banda relativa entre los tres diferentes tipos de puerto podemos comprobar que QSFP+ y CXP pueden aumentar la densidad de ancho de banda del puerto de I/O a lo  largo de circuito del conmutador. Un único puerto SFP+ operando a 10 Gb/s proporciona alrededor de 16 Gb/s de ancho de banda por pulgada, QSFP+ ofrece un incremento 3 veces mayor (48 Gb/s por pulgada) y CXP 113 Gb/s por pulgada (se multiplica por 2,3). La aplicación de configuraciones de puertos agrupadas, tipo “belly-to-belly” y dobles ofrece a los diseñadores de sistemas la posibilidad de alcanzar una densidad de ancho de banda todavía mayor con algunos tipos de puerto.

Los puertos host SFP+, QSFP+ o CXP pueden funcionar con un cable pasivo a base de cobre para longitudes de entre 5 o 7 metros (o mayores dependiendo de los criterios de aceptación), un cable activo ecualizado a base de cobre para longitudes de hasta 15 metros (o mayores dependiendo de los criterios de aceptación) o un transceptor óptico conectable con un conector óptico que permitiese acoplar conexiones pasivas de cables de fibra óptica que alargaría todavía más la longitud de los cables. Este enfoque permite que el instalador y el usuario del equipo adapten la configuración de las conexiones de cable a la instalación a la que van a dar servicio.

Con la evolución de QSFP+ y CXP que se utilizan para las conexiones Infiniband QDR de los sistemas de computación de alto rendimiento (HPC en inglés), ha surgido una nueva opción de cable conocida como conexión por cable óptico activo (AOC en inglés). En una conexión AOC la fibra óptica termina directamente en un transceptor óptico que está dentro de la carcasa de metal situada a cada lado del cable. La conexión electro-óptica integrada abarata los costes ya que se reduce en número de componentes y ofrece una interfaz eléctrica al exterior. Estas soluciones end-to-end cada vez ganan más peso en las instalaciones HPC ya que se reducen los costes de adquisición y de funcionamiento, se elimina la interoperatividad, se incrementa la seguridad para los ojos y se mejoran cuestiones relacionadas con la contaminación y la limpieza del conector óptico; también mejora la fiabilidad. Una de las previsiones más recientes pronostica que el segmento de AOC crecerá casi un 39% al año, alcanzando los 192 millones de dólares en 2013.

Objetivos para el futuro

El debate entre varias organizaciones de la industria acaba de iniciarse pero ya parece apuntar a que seguirá aumentando la velocidad de los canales eléctricos. Ethernet, canal de fibra e Infiniband parecen tener intención de alcanzar los 25 – 28 Gb/s para las futuras líneas de velocidad de los puertos de E/S de alta velocidad. Si consideramos estas velocidades todavía queda mucho por hacer para mejorar la capacidad de los conectores y de la conexión antes de que se resuelvan las cuestiones relacionadas con la forma y las especificaciones. Lo que sí podemos anticipar es que se incrementará la densidad del ancho de banda de los puertos. Por ejemplo, un factor de forma más compacto tipo QSFP con 4 x 25 Gb/s podría acabar sustituyendo a la configuración original de 10 x 10 Gb/s para las conexiones de 100 Gb/s.

Se prevé que las interconexiones ópticas continúen adquiriendo cada vez mayor importancia a medida que las dificultades técnicas y el coste de las líneas de cobre de 25 – 28 Gb/s empiecen a limitar el uso de estos cables. Algunas predicciones estiman que la longitud máxima que alcanzarán los cables de cobre pasivos conectados directamente será de entre 2 y 3 metros. Es muy posible que esta limitación sirva de acicate para la adopción de la fibra óptica en los centros de datos, ya sea para hacer conexiones integradas por AOC o como módulos para transceptores individuales y cables ópticos.

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