오늘날의 데이터센터를 위한 케이블 솔루션

파이프가 가스나 오일을 수송하는 것처럼 케이블은 컴퓨팅의 연료인 데이터를 운반합니다.

데이터 및 통신 장비가 필요로 하는 케이블 종류는 운반하는 트래픽 유형 및 이동 거리를 비롯하여 다양한 요인에 따라 달라집니다. 예를 들어, 데이터 스토리지용 케이블은 컴퓨터에서 스토리지 스위치 및 스토리지 장치로 트래픽을 전송하고, 네트워크 트래픽용 케이블은 컴퓨터에서 네트워크 스위치 및 라우터로 데이터를 전송합니다. 전기 통신 트래픽은 셀 기지국 또는 케이블 박스에서 중앙 사무소로 이동합니다. 각각에는 서로 다른 유형의 케이블이 필요합니다.

거리도 중요합니다. 케이블은 매우 짧은 거리, 동일한 서버 랙 내 또는 서로 다른 랙이나 건물의 룸 사이에 연결할 수 있습니다. 하지만 수 마일의 캠퍼스 전체에 걸쳐 연결해야 하는 케이블도 있습니다.

수년 간, 케이블 결정은 데이터센터의 빠른 성장이라는 중요한 발전으로 인해 점점 더 중요해졌습니다.

데이터센터의 증가

AI 개혁은 응용 제품을 위한 컴퓨팅 백본 역할을 수행하는 고속 데이터센터에서 실행됩니다. AI의 폭발적인 성장으로 데이터센터에 대한 수요도 증가하고 있습니다. McKinsey에 따르면 적어도 2030년까지 미국에서만 데이터센터에 대한 수요가 10% 증가할 것으로 예상됩니다. 또한, Dell’Oro Group의 보고서에 따르면 특히 AI 서버에 대한 수요 증가로 인해 데이터센터의 설비 투자는 2024년 2사분기에만 거의 50%가 상승했습니다.

고속 컴퓨팅에 대한 끝없는 요구 사항을 충족하기 위해서는 더 이상 데이터센터 수 증가만으로는 충분하지 않습니다. 데이터센터 내에서 그리고 상호 연결에서 데이터 센터 간에 정보를 전달하기 위해 고성능 서버의 효율, 속도 및 처리량 향상에 대해서도 부담이 있습니다. 과거에는 100G 네트워크가 글로벌 표준으로 사용되었지만 현재는 IIoT, 클라우드 컴퓨팅, AI가 도입에 박차를 가하면서 400G 배포가 더 일상화되고 있습니다. 주시해야 할 또 다른 데이터센터 개발 국면은 에너지 소비 감소를 바라는 요구가 증가하고 있다는 점입니다. 이는 데이터의 전송 속도 및 에너지 효율성이 더욱 향상되어야 한다는 것을 의미합니다.

더 크고, 향상되고, 빠르고, 에너지 효율적인 컴퓨팅에 대한 이러한 요구 사항이 데이터센터 케이블에 대해 의미하는 바는 무엇일까요? 가장 기본적으로, 케이블은 데이터 패킷 손실이나 너무 많은 전력 소모 없이 데이터를 신속하게 전송하고 대기 시간이 짧아야 합니다. 케이블은 또한 이 작업을 수행할 때 너무 많은 열을 발생시키면 안 됩니다. 냉각에도 에너지가 필요하기 때문입니다.

데이터센터에는 네트워킹, 냉각, 스토리지, 전력 시스템을 비롯한 수십 가지 유형의 장비가 있지만 이 기사에서는 일반적인 데이터센터 랙의 하드웨어 부품에 대한 케이블 연결에 초점을 맞출 것입니다. 여기에는 트래픽 컨트롤러처럼 작동하는 스위치와 시스템 간에 데이터를 변환하는 트랜시버가 포함될 수 있습니다.

오늘날의 데이터센터용 케이블

10Gbps 용량 또는 최신의 400Gbps와 같은 대용량 통신에는 일반적으로 세 가지 유형의 테이블이 사용됩니다. 일반적인 가정용 인터넷 연결은 1Gbps 미만입니다.

CAT6 케이블: 컴퓨터 네트워킹에서 이더넷 프레임을 전송하는 데 일반적인 CAT6 케이블은 RJ45 커넥터를 사용합니다. 스위치 장비에 연결하기 위해, 이 케이블은 RJ45 트랜시버를 사용하여 스위치에서 RJ45 호환 신호로 변환하고 반대쪽 끝에서 다시 원래대로 변환합니다. 대기 시간은 약 2.6ns이며 약 100m 거리에서 전송할 수 있습니다. 트랜시버는 약 4W의 전력 소비를 추가합니다.

광섬유: 비디오 및 오디오 통신에서 일반적으로 사용되는 광섬유는 네트워킹 및 데이터 분야의 응용 제품에서도 볼 수 있습니다 광섬유는 광 커넥터를 사용하며, 전기를 빛으로 변환한 후 다시 전기로 변환하기 위해 트랜시버가 필요합니다. 빛으로 변환된 후 광섬유의 대기 시간은 약 0.1ns이며 수백 미터에 걸쳐 전송할 수 있습니다. 그러나, 광섬유는 매우 까다롭습니다. 잘 굽혀지지 않는 유리나 플라스틱이 포함되어 있으며 끝에 먼지가 한 점이라도 있으며 용량이 떨어지기 때문입니다. 또한 가격이 비쌉니다. 전력 소비를 약 4W 증가시키는 광 트랜시버를 추가하는 경우 특히 그렇습니다.

DAC(직접 연결 구리): DAC는 가장 간단하고 가장 관대한 케이블 옵션입니다. 구리납으로 만들어진 이 케이블은 동일 랙 내의 부품 같은 단거리 사용에 가장 적합합니다. DAC는 가격이 저렴하고 유연하며, 호환 가능 장비를 연결할 경우 트랜시버 없이 사용할 수 있습니다. 그러나 전송 거리가 수 미터에 불과합니다. 또한 DAC는 전파 방해를 받을 수 있으므로 전원 공급 장치, 대형 배터리 또는 자석에 너무 가까이 두면 안 됩니다.

DAC의 종류에는 패시브 및 액티브가 있습니다. 패시브 DAC에는 트랜시버가 없으며, 전송이 수동적이므로 원래 신호가 그대로 전송됩니다. 트랜시버가 없으면 전력 소비를 최소한으로 유지하는 데 도움이 됩니다.

액티브 DAC에는 잠재적인 신호 손실도 보상하는 트랜시버가 내장되어 있어 데이터센터의 장거리 사용에 더 안전한 도전이 될 수 있습니다. 트랜시버 같은 전자 소자를 추가하면 액티브 DAC의 전력 사용량이 약간 증가합니다(통상 약 1W).

데이터센터를 위한 DAC의 이점

데이터센터에서, 데이터가 소스 간에 이동하는 데 걸리는 시간인 대기 시간은 가능한 짧아야 합니다. 창고의 ARM(자율 모바일 로봇) 또는 재정 데이 트레이딩 같은 여러 시간 임계적 응용 분야는 모두 순식간의 결정에 의해 실행됩니다 DAC의 가장 눈에 띄는 이점은 대기 시간이 매우 짧다는 것입니다. DAC의 이 중요한 특징은 단순함의 직접적인 결과입니다. DAC에는 데이터가 통과해야 하는 어떤 복잡한 중개 부품도 없으므로 덜 복잡하고 유지가 더 쉽습니다.

DAC는 또한 저렴한 케이블 옵션이며 특히 패시브 DAC는 전력 소비가 매우 적습니다. 가장 큰 제한 사항은 이러한 케이블이 지나치게 큰 신호 성능 저하 없이 작동할 수 있는 길이가 대개 몇 미터 정도라는 점입니다. 장거리 데이터 전송에 가장 효율적인 옵션은 아니지만, DAC는 동일한 랙 내 또는 랙 간의 단거리 연결에 가장 적합합니다. 이 케이블은 굽힐 수 있기 때문에 서로 간에 또는 타이트한 모서리 주위를 통과해야 하는 밀집된 상호 연결에 특히 적합합니다.

3M 9V4 계열 400G QSFP-DD DAC 케이블 조립품(그림 1)은 3M 트윈 축형 케이블 기술을 활용하여 유연한 접이식 고성능 솔루션을 구현합니다. 특히 주목할 만한 것은 더욱 빠른 연결을 가능하게 하는 하드웨어 표준인 QSFP-DD(쿼드 소형 폼 팩터 플러그 가능 이중 밀도) 폼 팩터입니다. SFP는 네트워킹 장비에 꽂을 수 있는 표준 모양과 크기의 케이블을 의미합니다. '쿼드'는 케이블이 지원할 수 있는 데이터 채널이 4개임을 의미하고, 이중 밀도는 동일한 물리적 크기의 커넥터를 통해 두 배의 데이터 양이 통과할 수 있음을 의미합니다.

그림 1: 3M 9V4 계열 400G QSFP-DD DAC 케이블 조립품은 동일한 랙 내 또는 데이터센터의 랙 간에 대기 시간이 짧은 단거리 연결에 특히 유용합니다. (이미지 출처: 3M)

최종적으로, 3M 9V4 계열 400G QSFP-DD와 같은 DAC 케이블은 서버, 스위치, 스토리지 및 기타 고속 장비를 연결하기 위해 최대 400Gbps의 대역폭을 수용하는 동급 최고의 제품입니다.

데이터센터의 DAC에 대한 케이블 설계 고려 사항

패시브 DAC가 데이터센터에 가장 경제적이고 대기 시간이 짧은 솔루션임을 고려할 때, 데이터센터 인프라 랙에 통합하는 방법을 고려해 볼 가치가 있습니다.

고려해야 할 주요 요인에는 다음이 포함됩니다.

• 하드웨어와의 호환성: 케이블은 트랜시버, 스위치, 라우터 등에 연결해야 하므로 기존 시스템과 호환 가능하고 향후 반복 작업에 적용할 수 있는 선택인지 반드시 확인해야 합니다. 3M 9V4 계열 400G QSFP-DD는 대부분의 최신 장비와 호환됩니다. 데이터센터에서 고용량 포트를 여러 개의 저용량 연결로 분할해야 하는 경우(하나의 400Gbps를 4개의 100Gbps 또는 8개의 50G bps 연결로 분할) 이 계열은 브레이크아웃 케이블 조립품으로도 제공됩니다.
• 데이터 신호 보존: DAC를 설계할 경우 케이블이 특히 전선 및 케이블의 EMI(전자파 장해)에 민감한지 고려해야 합니다. 따라서 DAC 데이터 케이블은 이에 해당하는 전력 부품에서 확실히 분리되어야 합니다.
• 유지보수를 위한 손쉬운 접근: 케이블은 유지보수 기술자들이 손쉽게 접근할 수 있도록 배치해야 합니다. DAC가 방의 지붕에서 계단식으로 연결되어 들어오는 오버헤드 케이블은 접근을 위한 보다 효과적인 옵션으로 고려됩니다. 케이블이 너무 길거나 상호 연결을 위해 과잉으로 비틀릴 필요가 없기 때문입니다.
• 효율적인 환기 및 냉각: 기술 스택은 많은 열을 내보내며, 환기 계획 시 DAC 케이블의 관리를 고려해야 합니다. 이는 장비 밀도와 관련된 케이블 요구 사항에 영향을 줄 수 있습니다.
• 확장 가능성: 기술 스택은 변화하므로 DAC 케이블은 이러한 변화에 적응할 수 있어야 합니다. 케이블을 그룹화하고 여기에 효율적인 레이블링 및 번들링을 적용하면 기술자가 개별적으로 각각 분류할 필요 없이 전체 부품을 함께 관리하는 데 도움이 됩니다.

결론

컴퓨팅이 에지 AI, 향상된 가상화, 과잉 전환 환경에 자리를 양보하면서 관련된 하드웨어 장비에 대한 요구 사항도 변화를 필요로 합니다.

미래에는 머신 러닝 하드웨어, 에지 데이터센터, 분산 인프라를 더 많이 사용할 것으로 예상됩니다. 고급 보안 및 지속 가능성 기능을 가진 하드웨어가 그리 멀지 않았습니다. 이 과정에서도 DAC는 특히 기술 랙의 짧은 상호 연결에서 계속적으로 선택 받는 케이블이 될 것입니다. 레이저급의 빠른 대기 시간과 전체적인 비용 경제학을 이길 수 없습니다. 결과적으로 DAC는 데이터센터 및 그 이상에서 계속적으로 유용하게 활용될 것입니다.