De plus, la complexité croissante des applications informatiques scientifiques, techniques et financières exige des supercalculateurs toujours plus puissants et des clusters haute performance toujours plus vastes. L'installation de processeurs numériques de grande capacité, tels que le « Jaguar » de Cray au Laboratoire national d'Oak Ridge, le « Roadrunner » d'IBM au Laboratoire national de Los Alamos et le « Ranger » de Sun au Centre de calcul avancé du Texas, peut nécessiter plus d'un millier de câbles et des kilomètres de câblage pour assurer toutes les connexions aux serveurs, commutateurs et périphériques de stockage.
Les progrès réalisés dans le domaine des processeurs multicœurs, de la virtualisation et de la consolidation, conjugués à l'augmentation de la vitesse des bus hôtes, de la mémoire et de la capacité de stockage, ont permis d'élargir considérablement l'éventail de fonctionnalités intégrables aux systèmes. Cependant, ce type de technologie accroît encore les contraintes en termes de bande passante, de consommation d'énergie et de régulation thermique. L'utilisation de ports d'E/S haut débit impose également des contraintes d'espace. La taille des racks ne semblant pas susceptible d'augmenter, les solutions pour accroître le nombre de ports d'E/S et la bande passante consistent soit à augmenter la densité de ports sur le circuit de commutation, soit à utiliser des débits de signal plus élevés sur chaque ligne.
Solutions d'E/S haut débit :
Bonne nouvelle ! Les systèmes d'E/S développés à ce jour répondent déjà à bon nombre de ces besoins. Les entreprises leaders du secteur et certaines organisations industrielles sont à la pointe de l'élaboration de spécifications garantissant la compatibilité et la fonctionnalité réseau des connexions matérielles, de la signalisation et des communications logicielles. Des organisations telles que l'Optical Internetworking Forum, l'Infiniband Trade Association, les groupes de travail IEEE 802.3, INCITS T10 et T11, et le comité SFF ont apporté une contribution significative.
Actuellement, les connecteurs SFP+ remplacent les SFP pour l'Ethernet et le Fibre Channel. Le système SFP+ occupe le même espace sur la carte que le SFP, mais offre une bande passante dix fois supérieure pour l'Ethernet (10 Gbit/s contre 1 Gbit/s) et deux fois supérieure pour le Fibre Channel (8,5 Gbit/s contre 4,25 Gbit/s). Le système SFP+ permet également l'attribution et la configuration libres de n'importe quel port système disponible, via un câblage cuivre ou fibre optique, selon les besoins de l'installation.
De nouvelles connexions, en constante évolution, permettent le développement de ports à bande passante encore plus élevée. Le système QSFP+ utilise une configuration 4 x 10 Gbit/s pour un port de 40 Gbit/s. Le système CXP offre 12 voies pouvant supporter une bande passante comprise entre 100 et 120 Gbit/s. Les technologies QSFP+ et CXP sont spécifiées pour les connexions InfiniBand Quad Data Rate (QDR) 4x et 12x interconnectées et devraient être utilisables pour les connexions 40 Gbit/s et 100 Gbit/s d'ici la fin de l'année, lors de la publication de la spécification IEEE 802.3ba.
La comparaison de la densité de bande passante relative des trois types de ports révèle que les interfaces QSFP+ et CXP augmentent significativement la densité de bande passante des ports d'E/S le long du circuit de commutation. Un port SFP+ unique fonctionnant à 10 Gbit/s offre environ 16 Gbit/s de bande passante par pouce, tandis que le QSFP+ triple cette valeur (48 Gbit/s par pouce) et le CXP atteint 113 Gbit/s par pouce (soit 2,3 fois plus). La mise en œuvre de configurations à ports groupés, en parallèle ou doubles permet aux concepteurs de systèmes d'atteindre des densités de bande passante encore plus élevées avec certains types de ports.
Les ports hôtes SFP+, QSFP+ ou CXP peuvent fonctionner avec un câble passif en cuivre sur des longueurs de 5 à 7 mètres (ou plus, selon les critères d'acceptation), un câble actif égalisé en cuivre sur des longueurs allant jusqu'à 15 mètres (ou plus, selon les critères d'acceptation), ou un émetteur-récepteur optique connectable avec un connecteur optique permettant le raccordement de câbles à fibre optique passifs, ce qui permet d'étendre encore davantage les longueurs de câble. Cette approche permet à l'installateur et à l'utilisateur d'adapter la configuration de connexion aux spécificités de l'installation.
Avec l'évolution des technologies QSFP+ et CXP, utilisées pour les connexions Infiniband QDR dans les systèmes de calcul haute performance (HPC), une nouvelle option de câblage, le câble optique actif (AOC), a vu le jour. Dans une connexion AOC, la fibre optique se termine directement dans un émetteur-récepteur optique intégré au boîtier métallique situé à chaque extrémité du câble. Cette connexion électro-optique intégrée permet de réduire les coûts en minimisant le nombre de composants et en fournissant une interface électrique externe. Ces solutions de bout en bout sont de plus en plus utilisées dans les installations HPC car elles diminuent les coûts d'acquisition et d'exploitation, éliminent les problèmes d'interopérabilité, améliorent la sécurité oculaire et simplifient le nettoyage et la gestion de la contamination des connecteurs optiques ; elles renforcent également la fiabilité. Selon les prévisions les plus récentes, le segment des câbles AOC devrait croître de près de 39 % par an, pour atteindre 192 millions de dollars en 2013.
Objectifs pour l'avenir
Le débat entre les différentes organisations du secteur ne fait que commencer, mais il semble déjà indiquer que la vitesse des canaux électriques continuera d'augmenter. Ethernet, Fibre Channel et InfiniBand visent apparemment des débits de 25 à 28 Gbit/s pour les futures lignes de ports d'E/S haut débit. Compte tenu de ces vitesses, il reste encore beaucoup à faire pour améliorer la capacité des connecteurs et des connexions avant que les problèmes de format et de spécifications ne soient résolus. On peut toutefois anticiper une augmentation de la densité de bande passante des ports. Par exemple, un format QSFP plus compact avec 4 ports à 25 Gbit/s pourrait à terme remplacer la configuration initiale de 10 ports à 10 Gbit/s pour les connexions à 100 Gbit/s.
Les interconnexions optiques devraient gagner en importance à mesure que les difficultés techniques et le coût des lignes cuivre 25-28 Gb/s limitent leur utilisation. Selon certaines prévisions, la longueur maximale des câbles cuivre passifs connectés directement devrait se situer entre 2 et 3 mètres. Cette limitation pourrait favoriser l'adoption de la fibre optique dans les centres de données, que ce soit pour des connexions AOC intégrées ou sous forme de modules pour émetteurs-récepteurs et câbles optiques individuels.
