Cabling Advances for Data Center Interconnect

A aplicação de interconexão de data center (do inglês DCI) foi um tópico importante na recente conferência de comunicações por fibra óptica em San Diego. Tendo surgido como um segmento importante e de rápido crescimento no cenário de rede, o espaço tem sido o foco de vários avanços interessantes em cabeamento de fibra óptica. Este artigo explorará algumas das razões para o crescimento desse segmento e se concentrará em várias das novas tecnologias de cabeamento destinadas a tornar este espaço mais amigável ao instalador. 

Uma rápida pesquisa na Internet sobre os grandes anúncios de gastos em data centers em hiperescala ou multilocatários encontra vários planos de expansão, totalizando bilhões de dólares. O que esse tipo de investimento traz para você? Frequentemente, essa resposta é um campus de data center que consiste em vários data halls em edifícios separados, que geralmente são maiores do que um campo de futebol e que normalmente têm mais de 100 Tbps de dados fluindo entre eles (Figura 1).

Sem nos aprofundarmos nos detalhes sobre por que esses data centers estão crescendo tanto, podemos simplificar a explicação para duas tendências. A primeira é o crescimento exponencial do tráfego leste-oeste que a comunicação máquina a máquina criou. A segunda tendência está relacionada à adoção de arquiteturas de rede mais planas, como redes spine-leaf ou Clos. O objetivo é ter uma grande malha de rede no campus – o que gera a necessidade de 100 Tbps de dados ou mais fluindo entre os edifícios.

Como você pode imaginar, construir nesta escala apresenta vários desafios exclusivos em toda a rede, desde energia e resfriamento até a conectividade usada para conectar os equipamentos em rede. Neste último ponto, várias abordagens foram avaliadas para fornecer taxas de transmissão de 100 Tbps (e eventualmente mais altas), mas o modelo predominante é a transmissão de taxas mais baixas em muitas fibras monomodo. É importante notar que esses comprimentos costumam ser de 2 a 3 km ou menos. A modelagem mostra que taxas de dados mais baixas em mais fibras continuarão sendo a abordagem mais econômica, pelo menos pelos próximos anos. Essa modelagem de custo mostra por que o setor está investindo tanto dinheiro no desenvolvimento de cabos de alta contagem de fibras e no hardware associado.

Agora que entendemos a necessidade de cabos com alto número de fibras, podemos voltar nossa atenção para as alternativas de interconexão de data center disponíveis no mercado. A indústria concordou que os cabos flat são a única solução viável para este espaço de aplicação. Os cabos loose tube tradicionais e a emenda de fibra única levariam muito tempo para serem instalados e resultariam em um hardware de emenda grande demais para ser prático. Por exemplo, um cabo de 3456 fibras usando um projeto loose tube exigiria mais de 200 horas para ser terminado, assumindo 4 minutos por emenda. Usando configuração de cabo flat, o tempo de emenda cai para menos de 40 horas. Além dessa economia de tempo, as caixas de emenda flat normalmente têm quatro a cinco vezes a capacidade de emenda no mesmo espaço físico, em comparação com a densidade de emenda de fibra única.

Depois que a indústria determinou que os cabos flat eram a melhor opção, percebeu-se rapidamente que os projetos de cabos flat tradicionais não eram capazes de atingir a densidade de fibra necessária no conduíte existente. A indústria, portanto, decidiu dobrar a densidade de fibra em cabos flat tradicionais.

Duas abordagens de projeto surgiram. A primeira delas usa fita matriz padrão com subunidades compactáveis mais próximas e a outra usa projetos de cabo padrão com projeto de núcleo central ou entalhado com fitas de projeto de rede levemente unidas, que podem dobrar umas sobre as outras (consulte a Figura 2).

Agora que entendemos esses novos projetos de cabos flat, devemos também explorar os desafios de terminá-los. Como os cabos possuem uma classificação de chama de planta externa (do inglês OSP), deve-se fazer a transição para um cabo com classificação de planta interna (do inglês ISP) dentro de 15 metros da entrada no edifício de acordo com o Código Elétrico Nacional (do inglês NEC). Isso é normalmente feito emendando pigtails MTP®/MPO ou flat LC preterminados (cabo com conectores pré-instalados em uma extremidade) ou hardware com pinos (hardware pré-carregado com cabo com pigtail) em um gabinete de emenda de densidade extrema. Esta aplicação é onde os usuários finais não estão mais apenas avaliando o projeto do cabo OSP, mas em vez disso, uma solução completa ponta a ponta para essas implantações caras e trabalhosas de enlaces (Figura 3).

Várias áreas devem ser avaliadas ao se decidir sobre a melhor abordagem ponta a ponta. Estudos de tempo mostraram que o processo mais demorado é a identificação e furca das fitas para prepará-las para serem direcionadas a uma bandeja de emenda. “Furca” refere-se ao processo de remoção do revestimento do cabo para proteger as fitas com tubulação ou malha, à medida que são direcionadas dentro do hardware para uma bandeja de emenda. Essa etapa se torna mais demorada à medida que o número de fibras do cabo aumenta. 

Frequentemente, centenas de metros de malha ou tubulação são necessários para instalar e unir um único enlace de 3456 fibras. Este mesmo processo demorado também deve ser concluído para os cabos ISP, sejam eles cabos com pigtail ou na forma de hardware com pinos. Os cabos atualmente disponíveis no mercado variam muito no tempo de furca. Alguns incorporam subunidades de fibra roteáveis nos cabos OSP e ISP (Figura 4), que não exigem furca para levar as fibras para a bandeja de emenda, enquanto outros exigem vários kits de furca para proteger e direcionar as fitas (Figura 5). Os cabos com subunidades roteáveis são normalmente instalados em gabinetes de emenda construídos para esse fim e otimizados com bandejas de emenda para corresponder à contagem de fibras da subunidade roteável.

Outra tarefa demorada é a identificação da fita e o ordenamento correto para garantir a emenda adequada. As fitas precisam ser claramente rotuladas para que possam ser classificadas depois que o revestimento do cabo for removido, já que um cabo de 3456 fibras contém 288 fitas de doze fibras. As fitas de matriz padrão podem ser impressas a jato de tinta, com impressões que as identifiquem, enquanto muitos projetos de rede dependem de traços de comprimentos e números variados para ajudar a identificá-las. Esta etapa é crítica devido à magnitude das fibras que devem ser identificadas e roteadas. Essa rotulagem de fita também se torna crítica em termos de reparo de rede, quando os cabos são danificados ou cortados após a instalação inicial.

O cabo com 3456 fibras parece ser apenas um ponto de partida, já que cabos com mais de 5000 fibras já foram discutidos. Como o tamanho do conduíte não está ficando maior, a outra tendência emergente é usar fibras onde o tamanho do revestimento foi reduzido dos 250 mícrons padrão da indústria para 200 mícrons. Os tamanhos do núcleo e do revestimento da fibra permanecem inalterados, portanto, não afetam o desempenho óptico. Essa redução no tamanho do revestimento da fibra pode permitir centenas ou milhares de fibras adicionais nos conduítes, mantendo seu tamanho anterior.

A outra tendência será a crescente demanda dos clientes por soluções ponta a ponta. Colocar milhares de fibras em um único cabo resolveu o problema da densidade do conduíte, mas criou muitos desafios em termos de risco e velocidade de implantação da rede. Soluções inovadoras que ajudam a eliminar esses riscos e a reduzir a velocidade de implantação continuarão a amadurecer e evoluir.

As demandas por cabeamento de densidade extrema parecem estar se acelerando. Aprendizado de máquina, 5G e campi de data center maiores tendem a impulsionar a demanda por esses enlaces de DCI. Essas implantações continuarão a desafiar a indústria a desenvolver soluções ponta a ponta que possam ser dimensionadas com eficácia, para permitir a utilização máxima dos dutos, sem que sua implantação se torne cada vez mais difícil.