Inoltre, le applicazioni di calcolo scientifico, tecnico e finanziario, sempre più complesse, richiedono supercomputer sempre più potenti e cluster ad alte prestazioni sempre più grandi. L'installazione di importanti processori numerici di massa, come il "Jaguar" di Cray presso gli Oak Ridge National Labs, il "Roadrunner" di IBM presso i Los Alamos National Labs e il "Ranger" di Sun presso il Texas Advanced Computing Center, può richiedere oltre mille cavi e chilometri di cablaggio per completare tutte le connessioni a server, switch e dispositivi di archiviazione.
I progressi nei processori multi-core, nella virtualizzazione e nel consolidamento, insieme all'aumento della velocità del bus host, della memoria e della capacità di archiviazione, hanno portato a una gamma più ampia di funzionalità disponibili che i progettisti possono integrare nei sistemi. Tuttavia, questo tipo di tecnologia impone una pressione ancora maggiore sulla capacità di banda, sul consumo energetico e sul controllo della temperatura. Quando si utilizzano porte I/O ad alta velocità, è necessario considerare anche i limiti di spazio. Le dimensioni dei rack non sembrano destinate ad aumentare, quindi le possibilità per incrementare il numero di porte I/O e la larghezza di banda consistono nell'aumentare la densità delle porte lungo il circuito dello switch o nell'utilizzare velocità di segnale più elevate su ciascuna linea.
Soluzioni I/O ad alta velocità:
la buona notizia è che i sistemi I/O sviluppati finora soddisfano già molte di queste esigenze. Le aziende leader del settore e alcune organizzazioni industriali sono in prima linea nello sviluppo di specifiche che garantiscono la compatibilità e la funzionalità di rete per le connessioni hardware, la segnalazione e la comunicazione software. Organizzazioni come l'Optical Internetworking Forum, l'Infiniband Trade Association, i gruppi di lavoro IEEE 802.3, INCITS T10 e T11 e il comitato SFF hanno fornito contributi significativi.
Attualmente, le connessioni SFP+ stanno sostituendo le SFP per Ethernet e Fibre Channel. Il sistema SFP+ occupa lo stesso spazio sulla scheda delle SFP, ma offre una larghezza di banda dieci volte superiore per Ethernet (10 Gb/s contro 1 Gb/s) e doppia per Fibre Channel (8,5 Gb/s contro 4,25 Gb/s). Il sistema SFP+ consente inoltre l'assegnazione e la configurazione libera di qualsiasi porta di sistema disponibile, utilizzando cavi in rame o in fibra ottica, a seconda dei requisiti di installazione.
Le nuove connessioni, in continua evoluzione, consentono lo sviluppo di porte con una larghezza di banda ancora maggiore. Il sistema QSFP+ utilizza una configurazione 4 x 10 Gb/s per una porta da 40 Gb/s. Il sistema CXP offre 12 corsie in grado di supportare una larghezza di banda compresa tra 100 e 120 Gb/s. QSFP+ e CXP sono specificati per connessioni InfiniBand Quad Data Rate (QDR) 4x e 12x interconnesse e si prevede che saranno utilizzabili per connessioni da 40 Gb/s e 100 Gb/s entro la fine dell'anno, con il rilascio della specifica IEEE 802.3ba.
Il confronto della densità di banda relativa dei tre diversi tipi di porte rivela che QSFP+ e CXP possono aumentare significativamente la densità di banda delle porte I/O lungo il circuito dello switch. Una singola porta SFP+ operante a 10 Gb/s fornisce circa 16 Gb/s di banda per pollice, QSFP+ offre un aumento di tre volte (48 Gb/s per pollice) e CXP fornisce 113 Gb/s per pollice (un aumento di 2,3 volte). L'implementazione di configurazioni a porte raggruppate, affiancate e doppie consente ai progettisti di sistemi di raggiungere densità di banda ancora più elevate con determinati tipi di porte.
Le porte host SFP+, QSFP+ o CXP possono funzionare con cavi passivi in rame per lunghezze da 5 a 7 metri (o superiori a seconda dei criteri di accettazione), cavi attivi equalizzati in rame per lunghezze fino a 15 metri (o superiori a seconda dei criteri di accettazione) o con un ricetrasmettitore ottico collegabile dotato di un connettore ottico che consente connessioni con cavi in fibra ottica passivi, estendendo ulteriormente la lunghezza dei cavi. Questo approccio permette all'installatore e all'utente di personalizzare la configurazione della connessione dei cavi in base alla specifica installazione da servire.
Con l'evoluzione di QSFP+ e CXP, utilizzati per le connessioni Infiniband QDR nei sistemi di calcolo ad alte prestazioni (HPC), è emersa una nuova opzione di cavo nota come cavo ottico attivo (AOC). In una connessione AOC, la fibra ottica termina direttamente in un ricetrasmettitore ottico all'interno dell'alloggiamento metallico situato a ciascuna estremità del cavo. La connessione elettro-ottica integrata riduce i costi minimizzando il numero di componenti e fornendo un'interfaccia elettrica esterna. Queste soluzioni end-to-end stanno guadagnando sempre più terreno negli impianti HPC perché riducono i costi di acquisizione e di esercizio, eliminano i problemi di interoperabilità, aumentano la sicurezza oculare e migliorano le problematiche relative alla contaminazione e alla pulizia dei connettori ottici; inoltre, migliorano l'affidabilità. Una delle previsioni più recenti prevede che il segmento AOC crescerà di quasi il 39% all'anno, raggiungendo i 192 milioni di dollari nel 2013.
Obiettivi per il futuro
Il dibattito tra le varie organizzazioni del settore è appena iniziato, ma sembra già indicare che la velocità dei canali elettrici continuerà ad aumentare. Ethernet, Fibre Channel e InfiniBand puntano a raggiungere velocità di 25-28 Gb/s per le future linee di porte I/O ad alta velocità. Considerando queste velocità, resta ancora molto da fare per migliorare la capacità di connettori e connessioni prima che i problemi relativi al fattore di forma e alle specifiche vengano risolti. Ciò che possiamo prevedere, tuttavia, è un aumento della densità di banda delle porte. Ad esempio, un fattore di forma QSFP più compatto con 4 x 25 Gb/s potrebbe eventualmente sostituire la configurazione originale 10 x 10 Gb/s per le connessioni a 100 Gb/s.
Si prevede che le interconnessioni ottiche continueranno ad acquisire importanza, poiché le difficoltà tecniche e i costi delle linee in rame a 25-28 Gb/s iniziano a limitarne l'utilizzo. Alcune previsioni stimano che la lunghezza massima dei cavi in rame passivi collegati direttamente sarà compresa tra 2 e 3 metri. Questa limitazione potrebbe incentivare l'adozione della fibra ottica nei data center, sia per connessioni AOC integrate, sia come moduli per singoli ricetrasmettitori e cavi ottici.
