Avances en Cableado para la Interconexión de Data Center

La aplicación de la interconexión del centro de datos (del inglés DCI) fue un tema importante en la reciente conferencia de comunicaciones por fibra óptica en San Diego. Habiendo surgido como un segmento importante y de rápido crecimiento en el escenario de la red, el espacio ha sido el foco de varios avances interesantes en el cableado de fibra óptica. Este artículo explorará algunas de las razones del crecimiento de este segmento y se centrará en varias de las nuevas tecnologías de cableado diseñadas para hacer este espacio más amigable para el instalador. 

Una búsqueda rápida en Internet sobre los grandes anuncios de gasto en centros de datos de hiperescala o de múltiples inquilinos encuentra varios planes de expansión, por un total de miles de millones de dólares. ¿Qué te aporta este tipo de inversión? A menudo, esta respuesta es un campus de centro de datos que consta de varias salas de datos en edificios separados, que generalmente son más grandes que un campo de fútbol y generalmente tienen más de 100 Tbps de datos fluyendo entre ellos (Figura 1).

Sin profundizar en los detalles de por qué estos centros de datos están creciendo tanto, podemos simplificar la explicación de dos tendencias. La primera es el crecimiento exponencial en el tráfico de este a oeste que ha creado la comunicación de máquina a máquina. La segunda tendencia está relacionada con la adopción de arquitecturas de red más planas, como las redes spine-leaf o Clos. El objetivo es tener una gran malla de red en el campus – lo que crea la necesidad de que fluyan 100 Tbps o más de datos entre los edificios.

Como puedes imaginar, construir a esta escala presenta una serie de desafíos únicos en toda la red, desde la alimentación y la refrigeración hasta la conectividad utilizada para conectar el equipo a la red. En este último punto, se han evaluado varios enfoques para proporcionar velocidades de transmisión de 100 Tbps (y posiblemente más altas), pero el modelo predominante es la transmisión de velocidades más bajas en muchas fibras monomodo. Es importante señalar que estas longitudes suelen ser de 2 a 3 km o menos. El modelo muestra que las velocidades de transmisión de datos más bajas en más fibras seguirán siendo el enfoque más económico, al menos durante los próximos años. Este modelo de costos muestra por qué la industria está invirtiendo tanto dinero en el desarrollo de cables de alto número de fibras y hardware asociado.

Ahora que entendemos la necesidad de cables con una gran cantidad de fibras, podemos centrar nuestra atención en las alternativas de interconexión de centros de datos disponibles en el mercado. La industria ha acordado que los cables planos son la única solución viable para este espacio de aplicación. Los cables loose tube tradicionales y el empalme de una sola fibra tomarían mucho tiempo para instalar y resultarían en un hardware de empalme demasiado grande para ser práctico. Por ejemplo, un cable de 3456 fibras con un diseño loose tube requeriría más de 200 horas para completarse, asumiendo 4 minutos por empalme. Con una configuración de cable plano, el tiempo de empalme se reduce a menos de 40 horas. Además de este ahorro de tiempo, las cajas de empalme planas suelen tener de cuatro a cinco veces la capacidad de empalme en el mismo espacio físico, en comparación con la densidad de empalme de una sola fibra.

Después de que la industria determinó que los cables planos eran la mejor opción, rápidamente se hizo evidente que los diseños de cables planos tradicionales no podían lograr la densidad de fibra requerida en el conducto existente. Por lo tanto, la industria decidió duplicar la densidad de fibra en los cables planos tradicionales.

Han surgido dos enfoques de diseño. El primero usa cinta de matriz estándar con las subunidades compresibles más cercanas y el otro usa diseños de cable estándar con diseño de núcleo central o tallado con cintas de diseño de red ligeramente unidas, que pueden doblarse entre sí (ver Figura 2).

Ahora que entendemos estos nuevos diseños de cables planos, también debemos explorar los desafíos de completarlos. Como los cables tienen una clasificación de llama de planta externa (del inglés OSP), la transición a un cable con una clasificación de planta interna (del inglés ISP) debe realizarse dentro de los 15 metros de la entrada al edificio de acuerdo con el Código Eléctrico Nacional (del inglés NEC). Esto generalmente se hace empalmando pigtails MTP®/MPO o planos LC preterminados (cable con conectores preinstalados en un extremo) o hardware con puntas (hardware precargado con cable con pigtail) en un gabinete de empalme de densidad extrema. Esta aplicación es donde los usuarios finales ya no solo evalúan el diseño del cable OSP, sino una solución completa de extremo a extremo para estas costosas y laboriosas implementaciones de enlaces (Figura 3).

Se deben evaluar varias áreas al decidir cuál es el mejor enfoque de extremo a extremo. Los estudios de tiempo han demostrado que el proceso que lleva más tiempo es la identificación y furcación de las cintas para prepararlas y dirigirlas a una bandeja de empalme. “Furcación” se refiere al proceso de quitar la cubierta del cable para proteger las cintas con tubería o malla, ya que se enrutan dentro del hardware a una bandeja de empalme. Este paso lleva más tiempo a medida que aumenta el número de fibras en el cable. 

A menudo, se requieren cientos de metros de malla o tubería para instalar y unir un solo enlace de 3456 fibras. Este mismo proceso que lleva mucho tiempo también debe completarse para los cables ISP, ya sean cables flexibles o en forma de hardware con puntas. Los cables actualmente disponibles en el mercado varían mucho en el tiempo de furcación. Algunos incorporan subunidades de fibra enrutable en los cables OSP e ISP (Figura 4), que no requieren furcación para llevar las fibras a la bandeja de empalme, mientras que otros requieren varios kits de furcación para proteger y direccionar las cintas (Figura 5). Los cables con subunidades enrutables generalmente se instalan en gabinetes de empalme construidos para este propósito y optimizados con bandejas de empalme para que coincidan con el número de fibras de la subunidad enrutable.

Otra tarea que requiere mucho tiempo es la identificación de la cinta y el orden correcto para garantizar un empalme adecuado. Las cintas deben estar claramente etiquetadas para que puedan clasificarse después de retirar la cubierta del cable, ya que un cable de 3456 fibras contiene 288 cintas de doce fibras. Las cintas de matriz estándar se pueden imprimir con inyección de tinta, con impresiones que las identifican, mientras que muchos diseños de red se basan en guiones de diferentes longitudes y números para ayudar a identificarlas. Este paso es crítico debido a la magnitud de las fibras que deben identificarse y enrutarse. Este etiquetado de cinta también es fundamental en términos de reparación de la red, cuando los cables se dañan o se cortan después de la instalación inicial.

El cable con 3456 fibras parece ser solo un punto de partida, ya que ya se han discutido cables con más de 5000 fibras. Como el tamaño del conducto no aumenta, la otra tendencia emergente es utilizar fibras en las que el tamaño del revestimiento se ha reducido del estándar industrial de 250 micrones a 200 micrones. Los tamaños del núcleo de fibra y del revestimiento permanecen sin cambios, por lo que no afectan el rendimiento óptico. Esta reducción en el tamaño del revestimiento de fibra puede permitir cientos o miles de fibras adicionales en los conductos, manteniendo su tamaño anterior.

La otra tendencia será la creciente demanda de los clientes de soluciones integrales. Poner miles de fibras en un solo cable resolvió el problema de la densidad de los conductos, pero creó muchos desafíos en términos de riesgo y velocidad de implementación de la red. Las soluciones innovadoras que ayudan a eliminar estos riesgos y reducir la velocidad de implementación continuarán madurando y evolucionando.

La demanda de cableado de densidad extrema parece estar aumentando. El aprendizaje de máquina, la 5G y los campus de centros de datos más grandes tienden a impulsar la demanda de estos enlaces de DCI. Estas implementaciones continuarán desafiando a la industria a desarrollar soluciones de extremo a extremo que se puedan escalar de manera efectiva, para permitir el máximo uso de las tuberías, sin hacer que su implementación sea cada vez más difícil.