Die in Servern aktuell eingesetzten Mehrkernprozessoren sind in der Lage, große Datenmengen zu verarbeiten. Die Speichergeschwindigkeit neuer Speichertechnologien, einschließlich Solid-State-Drives (SSDs), ermöglicht die Bereitstellung von Hochleistungsspeicher in Rechenzentren, die Anwendungen mit zunehmender Betriebsdichte ausführen können. Der Versuch, Virtualisierung zu nutzen, könnte Engpässe in der Vernetzung oder im Daten-Ein- und -Ausgang aufdecken. Um diese zu beheben, würde es prinzipiell genügen, die Bandbreite durch die Vervielfachung der Host-Bus-Adapter und das Hinzufügen von Switches zu erhöhen. Diese Lösung würde jedoch unweigerlich zu einer erhöhten Netzwerkkomplexität und höheren Verwaltungskosten führen.
Da bis 2018 voraussichtlich bis zu 86 % der Server-Workloads virtualisiert sein werden[1], müssen führende Geräte- und Komponentenhersteller mit der steigenden Nachfrage nach ein- und ausgehender Bandbreite im SAN Schritt halten. Fibre Channel ist weiterhin das primäre Protokoll zur Verbindung virtueller Server für Speicherlösungen. Der Ausbau von 8G Fibre Channel wird in Kürze durch noch schnelleres 16G Fibre Channel in Core- und Top-of-Rack-Storage-Switches, Server-Hostbusadaptern (HBAs), Interswitch-Links (ISLs) und Fibre-Channel-RAID-Controllern ersetzt.
16G Fibre Channel, physikalische Schnittstelle
Der neue FC-PI-5 „16G FC“ Glasfaserkanalstandard, der 2009 von der INCITS T11.2 Arbeitsgruppe finalisiert wurde, definiert die optischen Hochgeschwindigkeits-Transceiver, die die bei intensiver Kanalnutzung auftretenden Engpässe bei Ein- und Ausgängen beheben sollen.
Diese optischen Transceiver entsprechen den Branchenvereinbarungen für kleine steckbare SFP- (INF-8074i) und SFP+-Transceiver (SFF-8431) hinsichtlich der elektrischen und mechanischen Spezifikationen für niedrige Geschwindigkeiten und sind rückwärtskompatibel, wodurch ein einfacher Migrationspfad zur Verbesserung der SAN-Leistung ermöglicht wird.
Standardmäßig arbeiten 16G-Fibre-Channel-Verbindungen mit einer seriellen Leitungsfrequenz von 14,025 Gbit/s. Dank einer Änderung der Datenkodierung, bei der die in 8G-Fibre-Channel verwendete 8b/10b-Kodierung durch eine effizientere 64b/66b-Kodierung ersetzt wurde, konnte der Durchsatz einer einzelnen optischen Verbindung verdoppelt werden, ohne die serielle Leitungsfrequenz zu verdoppeln. Dieses effizientere Kodierungsverfahren ermöglicht die in modernen Rechenzentren benötigten Verbindungsdistanzen (siehe Tabelle 1) und erlaubt gleichzeitig den vergleichsweise kostengünstigen Einsatz von Lasertechnologie.
Das Standardverfahren sieht den Einsatz von Takt- und Datenwiederherstellungsschaltungen (CDR) vor, um eine hohe Signalintegrität zu gewährleisten und Übertragungsdistanzen zu erreichen, die den physikalischen Anforderungen wachsender Speicher- und Rechenkapazitäten gerecht werden. Im August 2011 war der erste 16G FC SFP-Transceiver serienmäßig verfügbar (siehe Abbildung 1). Das Gerät verfügt über integrierte CDR-Funktionalität sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus und ermöglicht Übertragungsdistanzen von bis zu 125 Metern über OM4 50/125µm Multimode-Glasfaser.
Die 16G FC SFP-Transceiver unterstützen Datenraten von 14,025 Gbit/s sowie die beiden älteren Datenraten 8,5 Gbit/s (8G FC) und 4,25 Gbit/s (4G FC) und ermöglichen so die problemlose Integration neuer Technologien in bestehende SAN-Infrastrukturen. Sender- und Empfängerpfad können mit unterschiedlichen Datenraten betrieben werden, wie es typischerweise bei der Fibre-Channel-Ratenverhandlung erforderlich ist. Die automatische Ratenverhandlung, die keinen Benutzereingriff erfordert, ist entscheidend für die Abwärtskompatibilität mit Speichermedien niedriger Geschwindigkeit.
Neue Funktionen zur Vereinfachung des SAN-Managements:
Die 16G FC SFP-Module (Small Devices for Industry Agreement, SFF-8472) verfügen über digitale Diagnoseüberwachung (DMI). Diese liefert Echtzeit-Steuerungsinformationen für Laser-Transceiver, Empfänger und Umgebungsbedingungen über eine serielle 2-Draht-Schnittstelle (TWI).
Zusätzlich bieten die 16G FC SFP-Transceiver mehrere neue Funktionen (siehe Abbildung 2), die die Host-Interoperabilität gewährleisten und die Fehlerisolierung im System verbessern. Variable Einstellungen für die elektrische Eingangsentzerrung (EQ) und die elektrische Ausgangsvorverzerrung (PE), die über die TWI-Schnittstelle gesteuert werden, ermöglichen Anwendern mehr Flexibilität bei der Optimierung elektrischer Kanäle in komplexen Systemen. Der Systemadministrator kann die optimale SFP-Konfiguration für einen bestimmten Interconnect-Port vor Ort auswählen und so die Verbindungsleistung optimieren.
Zur weiteren Unterstützung der Linkoptimierung und der Fehlerbehebung aus der Ferne kann der Benutzer das SFP automatisch so konfigurieren, dass der lokale Datenverkehr intern über SFP Electrical Out (EWRAP) an den Host-ASIC zurückgeleitet wird oder analog dazu ferngenerierte optische Daten über SFP Loopback über SFP Optical Out (OWRAP) an den Quellport zurückgeleitet werden.
EWRAP und OWRAP bieten Systemarchitekten Optionen zur Diagnose von Speichernetzwerken und zur Lokalisierung potenzieller Fehlerstellen. Beide WRAP-Funktionen leiten das Signal durch die interne Signaldegradation und -fluktuation, um CDRs vor der erneuten Übertragung zu eliminieren. Optional ist auch eine Funktion verfügbar, um gleichzeitig verschlüsselte Informationen durch das Modul zu übertragen.
Zusammenfassung:
Der Hauptvorteil der Migration zu 16G FC liegt in der gesteigerten Leistung. Schnellere Verbindungen ermöglichen schnellere Datenübertragungen und gewährleisten so, dass anspruchsvolle und ressourcenintensive Anwendungen weiterhin problemlos im gesamten Rechenzentrum migriert werden können.
Die Migration von 8G Fibre Channel auf schnellere und effizientere 16G-Glasfaserverbindungen in Verbindung mit virtualisierten Servern reduziert die Anzahl der im SAN verwalteten Kabel und Verbindungen. Die Linkkonsolidierung in Kombination mit den erweiterten Linkdiagnosefunktionen der neuen SFP-Module vereinfacht die Netzwerkwartung. Durch die Reduzierung der Gesamtanzahl an Geräten (Switches, HBAs usw.) lassen sich die IT-Kosten weiter senken.
Für große Unternehmensrechenzentren oder SANs sollte die Verbesserung der Wattzahl pro Gbit/s nicht außer Acht gelassen werden. Die Migration von 4G- oder 8G-Infrastruktur auf 16G Fibre Channel kann die Stromkosten erheblich senken und gleichzeitig zur Erreichung der Umweltziele des Unternehmens beitragen.
Die Konnektivität von Rechenzentren und SANs ist ein zentraler Bereich für die Entwicklung optischer Produkte, darunter Produkte mit hoher Dichte und serielle Hochgeschwindigkeitslösungen. Das neue 16G FC SFP ermöglicht eine neue Generation von Switches mit hoher Dichte, ISLs und Host-Bus-Adaptern. Die T11-Arbeitsgruppe befasst sich bereits mit dem kommenden 32G Fibre Channel FC (FC-PI-6).
Neue speicherintensive Anwendungen, das Wachstum von Cloud Computing und die Servervirtualisierung werden die Bandbreite und Konvergenz im SAN/Rechenzentrum weiter vorantreiben. Diese Entwicklung eröffnet neue Innovationsmöglichkeiten.
Autor:
Von Robert Hannah, Anwendungsmanager, und Randy Clark, Produktmanager, Avago Technologies
