Heutzutage benötigen Rechenzentren komfortable, stabile Verbindungen für verbesserte Leistung und unterbrechungsfreien Betrieb. Direct-Attached Copper Cables (DACs) und Active Optical Cables (AOCs) sind zwei der Hauptkomponenten, die dies ermöglichen. Diese Kabel werden verwendet, um die Datenübertragung zwischen Servern, Switches, Speichersystemen und anderen Geräten innerhalb des Rechenzentrums zu verbessern. Jeder Kabeltyp hat seine eigenen Vor- und Nachteile, abhängig von den spezifischen Anforderungen oder Einschränkungen einer bestimmten Umgebung.

Was sind DAC-Kabel in Rechenzentren?

Wie DAC-Kabel funktionieren

Direct-Connect-Kabel werden verwendet, um Daten über differentielle Signalisierung zu übertragen, bei der zwei Drähte das gleiche Signal mit entgegengesetzten Spannungspegeln übertragen. Dies minimiert elektromagnetische Störungen und verbessert die Signalqualität. Typischerweise nutzen passive DAC-Kabel einfach die inhärenten Eigenschaften von Kupferleitern, um eine effiziente Datenübertragung über kurze Distanzen zu gewährleisten, in der Regel auf 5 Meter begrenzt. Im Gegensatz dazu verfügen aktive DACs über eine eingebaute Schaltung, die das Signal verstärkt und konditioniert, wodurch sie längere Distanzen, manchmal bis zu 10 Meter, unterstützen können, während sie gleichzeitig hohe Leistung und minimale Latenz aufrechterhalten. Da es sich um Plug-and-Play-Geräte handelt, ist keine zusätzliche Stromversorgung erforderlich, noch benötigen sie eine komplexe Einrichtung.

Arten von DAC-Kabeln Passive DAC-Kabel: Passive Verbindungen sind günstig und einfach; sie haben keine Signalaufbereitungsschaltung. Sie werden in der Regel für Anwendungen über kurze Distanzen bis zu 5 Metern verwendet. Diese Drähte eignen sich am besten für kostengünstige Installationen, da sie weniger Strom verbrauchen und ein einfacheres Design haben. Aktive DAC-Kabel: Die integrierte Elektronik in aktiven Kabeln verbessert die Signalintegrität und ermöglicht gleichzeitig größere Entfernungen. Die Latenz bleibt niedrig, da sie über 10 Meter oder sogar weiter ausgedehnt werden können, ohne die Latenz zu beeinträchtigen. Daher sollten diese Kabeltypen verwendet werden, wenn hohe Leistung über größere Entfernungen erforderlich ist. QSFP- und SFP-Formfaktoren: DAC-Kabel gibt es in verschiedenen Formfaktoren, von denen QSFP (Quad Small Form Factor Pluggable) und SFP (Small Form Factor Pluggable) die gebräuchlichsten sind. Für schnelle 40GbE- und 100GbE-Verbindungen wird QSFPDAC verwendet, während SFPDAC 1GbE- bis 10GbE-Verbindungen unterstützt. Diese Unterschiede ermöglichen es den Benutzern, frei zu wählen, abhängig von der Portkonfiguration der Netzwerkgeräte sowie den Leistungsanforderungen.

Was ist ein Active Optical Cable?

 Active Optical Cable

Ein Active Optical Cable (AOC) ist eine Art von Kabel, das Glasfaser anstelle von herkömmlichen Kupferdrähten für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung verwendet. Im Vergleich zu Direct-Attached Copper Cables (DACs), die elektrische Signale verwenden, um Informationen zwischen Geräten zu senden, verwenden AOCs Licht, um Daten mit höheren Bandbreiten über größere Entfernungen zu übertragen. Diese Kabel wurden speziell entwickelt, um Signalverschlechterungen über große Entfernungen zu verhindern, und bieten geringe elektromagnetische Störungen und Übersprechungsreduzierung. Daher sind sie besonders nützlich in Hyperscale-Umgebungen oder anderen Situationen, in denen die Signalintegrität über beträchtliche Entfernungen aufrechterhalten werden muss.

Wie AOC-Kabel funktionieren

Active Optical Cables (AOCs) wandeln elektrische Signale in optische Signale um, sodass Daten schneller und über größere Entfernungen als mit herkömmlichen Kupferdrähten gesendet werden können. Die Hauptkomponenten eines AOC sind die optischen Transceiver, die an jedem Ende des Kabels angebracht sind, und das Glasfaserkabel selbst. So funktioniert ein AOC-Kabel:

Sendermodul: Diese Komponente hat eine Laserdioden, die das eingehende elektrische Signal in ein optisches Signal umwandelt. Es verwendet den elektrischen Eingang vom Gerät, um die optischen Impulse zu codieren, die dann über die Glasfaser gesendet werden.

Glasfaser: Typischerweise aus Kunststoff oder Glas hergestellt, ist dies die Hauptkomponente jedes aktiven optischen Kabels. Der Faserkern leitet die Übertragung von Lichtimpulsen über große Entfernungen zwischen einem Sender und einem Empfänger mit nahezu keinem Verlust an Signalstärke. Dies ist weitgehend auf Materialeigenschaften wie hohe Bandbreitenkapazität und geringe Dämpfungsraten zurückzuführen.

Empfängermodul: An einem Ende befindet sich in der Regel ein weiteres Modul, das als Empfänger bezeichnet wird; es enthält unter anderem einen optischen Detektor (normalerweise eine Fotodiode), der die ankommenden Lichtimpulse erfasst und dann wieder in einen elektrischen Strom oder ein Signal zur weiteren Verarbeitung umwandelt, falls erforderlich.

Signalintegrität: Eine der Haupteigenschaften von aktiven optischen Kabeln ist ihre Fähigkeit, die Signalintegrität über große Übertragungsentfernungen aufrechtzuerhalten. Die optische Übertragung ist von Natur aus widerstandsfähiger gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und Übersprechen als kupferbasierte Systeme, die einen gemeinsamen Massepunkt für mehrere Geräte entlang ihrer Länge bereitstellen. Dies gewährleistet eine qualitativ hochwertigere Datenübertragung mit geringeren Bitfehlerraten (BER).

Stromverbrauch: Während die eingebetteten Transceiver an jedem Endpunkt etwas Strom benötigen, kann dies dennoch zu einem geringeren Gesamtstromverbrauch führen als äquivalente Kupferlösungen, die für größere Entfernungen ausgelegt sind (z. B. innerhalb eines Rechenzentrums), wodurch aktive optische Kabel energieeffizienter werden.

Der Unterschied ergibt sich aus folgenden Aspekten；

Ⅰ:Übertragungsentfernung

• AOC-Vorteile: Große Übertragungsentfernung, in der Regel bis zu 100 Meter oder mehr, und einige High-End-Produkte können sogar mehrere hundert Meter erreichen.Anwendbare Szenarien: Geeignet für Verbindungen über große Entfernungen zwischen verschiedenen Racks im Rechenzentrum oder Verbindungen über Etagen und Gebäude hinweg.
• DAC-Vorteile: Relativ kurze Übertragungsentfernung, in der Regel zwischen 3-10 Metern.Anwendbare Szenarien: Geeignet für Verbindungen über kurze Entfernungen innerhalb desselben Racks oder zwischen benachbarten Racks.

Ⅱ. Übertragungsrate

• AOC-Vorteile: Unterstützt Hochgeschwindigkeitsübertragung, gängige Übertragungsraten sind 10 Gbit/s, 40 Gbit/s, 100 Gbit/s usw.
• Anwendbare Szenarien: Anwendbar für Anwendungen, die eine Hochgeschwindigkeitsübertragung erfordern, wie z. B. das Backbone-Netzwerk eines Rechenzentrums.

• DAC-Vorteile: Unterstützt ebenfalls Hochgeschwindigkeitsübertragung, gängige Übertragungsraten sind 10 Gbit/s, 40 Gbit/s, 100 Gbit/s usw.
• Anwendbare Szenarien: Anwendbar für Anwendungen, die eine Hochgeschwindigkeitsübertragung erfordern, aber eine kurze Entfernung haben, wie z. B. die Verbindung zwischen Servern

Ⅲ. Kosten

• AOC-Vorteile: Obwohl die Anschaffungskosten hoch sind, können langfristig aufgrund der großen Übertragungsentfernung Zwischengeräte (wie Switches und Router) reduziert werden, wodurch die Gesamtkosten gesenkt werden.
• Nachteile: Die Anfangsinvestition ist hoch, da sie optische Module und Glasfasern umfasst.
• DAC-Vorteile: Die Anschaffungskosten sind niedrig, da nur Kupferdrähte und einfache Anschlüsse benötigt werden.
• Nachteile: Die Übertragungsentfernung ist begrenzt und eignet sich für Verbindungen über kurze Entfernungen.

Ⅳ. Signalqualität 

• AOC-Vorteile: Die optische Signalübertragung wird nicht durch elektromagnetische Störungen (EMI) beeinträchtigt, mit hoher Signalqualität und geringem Übertragungsverlust.
• Anwendbare Szenarien: Geeignet für Anwendungen, die eine hohe Signalqualität und geringe Latenz erfordern, wie z. B. Hochleistungs-Computing- und Finanzhandelssysteme.
• DAC-Vorteile: Die Signalqualität ist über kurze Entfernungen gut, aber mit zunehmender Entfernung wird die Signalqualität durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt.
• Anwendbare Szenarien: Geeignet für Anwendungen in Umgebungen mit kurzer Entfernung und geringen Störungen.

Ⅴ. Stromverbrauch

AOC

• Vorteile: Der Stromverbrauch ist relativ hoch, da das optische Modul benötigt wird, um das elektrische Signal und das optische Signal umzuwandeln.

         Anwendbare Szenarien: Geeignet für Anwendungen, die eine gewisse Toleranz für den Stromverbrauch haben.

DAC

• Vorteile: Geringer Stromverbrauch, da das elektrische Signal direkt ohne zusätzlichen Umwandlungsprozess übertragen wird.Anwendbare Szenarien: Geeignet für Anwendungen, die empfindlich auf den Stromverbrauch reagieren, wie z. B. große Rechenzentren.

Ⅵ. Steckertyp

• AOC-Gängige Typen: SFP+, QSFP+, QSFP28, CFP usw.

        Anwendbare Szenarien: Anwendbar für eine Vielzahl von Schnittstellenstandards, hohe Flexibilität.

• DAC-Gängige Typen: SFP+, QSFP+, QSFP28 usw.

        Anwendbare Szenarien: Anwendbar für eine Vielzahl von Schnittstellenstandards, sehr flexibel.

Ⅶ. Wartung und Zuverlässigkeit

• AOC-Vorteile: Die Glasfaserübertragung hat eine hohe Zuverlässigkeit und Stabilität und wird nicht leicht durch die Umgebung beeinflusst.

Nachteile: Die Wartungskosten sind relativ hoch, und professionelle Werkzeuge und Techniken sind erforderlich.

• DAC-Vorteile: Geringe Wartungskosten, einfach zu bedienen, einfach zu installieren und zu warten.

Nachteile: Die Zuverlässigkeit kann bei Langstreckenübertragungen und Umgebungen mit hohen Störungen beeinträchtigt sein

Zusammenfassung

AOC: Geeignet für Anwendungen mit großer Entfernung, Hochgeschwindigkeitsübertragung, hoher Signalqualität, geringer Latenz und hoher Zuverlässigkeit, obwohl die Anschaffungskosten höher sind.

DAC: Geeignet für Anwendungen mit kurzer Entfernung, Hochgeschwindigkeitsübertragung, geringem Stromverbrauch und geringen Kosten, geeignet für Verbindungen im selben Rack oder zwischen benachbarten Racks.

Fazit

Die Active Optical Cable Assembly hat sich durch ihre leichten, schnellen, weitreichenden, störungsarmen und energiesparenden Eigenschaften zur Kernlösung für die Hochgeschwindigkeits- und Hochdichte-Verbindung in Rechenzentren entwickelt. Es ist besonders geeignet für KI und Cloud Computing; DAC-Twinax-Kabel bleiben in Szenarien mit kurzer Entfernung und geringen Kosten wettbewerbsfähig.