Mellanox (NVIDIA Mellanox) MFS1S00-H020V AOC アクティブ光ケーブル テクニカル ホワイト ペーパー

1. プロジェクトの背景と要件の分析

企業のデータセンターと HPC 施設は、コンピューティング密度とネットワーク帯域幅の両方で前例のない増加を経験しています。組織が GPU で高速化された AI クラスターや大規模分散ストレージ システムを展開するにつれて、ラック間の相互接続が、生のスループットの観点からではなく、物理的な展開、ケーブル管理、運用の信頼性の点で重大なボトルネックになっています。この問題は、現代のデータ ホールにおけるラック間接続およびリーフとスパイン間の接続の大部分を占める 10 ～ 30 メートルの距離で特に深刻です。

200Gb/s の従来の銅線ダイレクト アタッチ ケーブル (DAC) は、5 メートルを超えると信号の完全性が大幅に低下します。アクティブ リタイマーを備えた一部の DAC は到達距離を 10 メートルまで延長できますが、それでもかさばり、硬く、標準のケーブル管理システムを介して配線するのが困難です。別の方法（個別の光トランシーバと個別のファイバ ジャンパを組み合わせたもの）は、優れた到達距離を提供しますが、複数の障害点が発生し、専門的な設置スキルが必要となり、ポートあたりのコスト構造が大幅に増加します。

ネットワーク アーキテクト、インフラストラクチャ エンジニア、運用管理者は、終端済みのプラグ アンド プレイ ケーブルの運用の簡素性を維持しながら、光ファイバーのパフォーマンスと到達距離を実現するソリューションを求めてきました。このホワイトペーパーでは、以下を中心とした包括的な技術ソリューションを紹介します。メラノックス (NVIDIA メラノックス) MFS1S00-H020Vアクティブ光ケーブルは、これらの短距離相互接続の課題に対処するために特別に設計されています。

2. 全体的なネットワーク/システム アーキテクチャの設計

推奨されるアーキテクチャは、2 層スパイン/リーフ トポロジに従います。これは、スケーラビリティ、予測可能な遅延、および高二分帯域幅により、高性能 InfiniBand ファブリックの主な設計です。この設計では、リーフ スイッチが各サーバー ラックの上部に常駐し、ホスト チャネル アダプタ (HCA) からのコンピューティング トラフィックとストレージ トラフィックを集約し、専用のスパイン列にあるスパイン スイッチの冗長ペアに接続します。リーフ スイッチとスパイン スイッチの間の相互接続は、重要なラック間セグメントを表します。MFS1S00-H020V最大限の価値を発揮します。

各リーフ スイッチには複数の QSFP56 アップリンク ポートが装備されており、スパイン層への接続はMFS1S00-H020V 200G QSFP56 AOC ケーブル。このケーブルに統合されたアクティブ光学系により、個別のトランシーバーが不要になり、リンクあたりの合計部品表が 6 つのコンポーネント (トランシーバー 2 つ、ファイバー コネクタ 2 つ、パッチ パネル 2 つ) からわずか 2 つのエンドポイントに削減されます。この簡素化により、挿入損失が減少し、極性管理が不要になり、ケーブル プラントの文書作成が大幅に合理化されます。

のMFS1S00-H020V InfiniBand HDR 200Gb/s アクティブ光ケーブルは、NVIDIA Mellanox Quantum HDR InfiniBand スイッチおよび ConnectX-6 HDR アダプターと完全に互換性があり、既存のファブリックへのシームレスな統合を保証します。このアーキテクチャは、予測可能な遅延とノンブロッキングのパフォーマンスを維持しながら、8 ラックから 100 ラックを超えるラックまで拡張できます。

3. の役割と主な特徴メラノックス (NVIDIA メラノックス) MFS1S00-H020Vソリューションの中で

のMFS1S00-H020Vリーフからスパインへの相互接続層の基本的な構成要素として機能します。その技術的特徴は、MFS1S00-H020V データシートは、特に短距離から中距離のアプリケーション向けに最適化されています。

• シグナルインテグリティ:5 ～ 100 メートルの距離で 200Gb/s でエラーのない伝送 (BER < 1E-15) を実現し、ラック間接続の 10 ～ 30 メートルのスイート スポットで最適なパフォーマンスを実現します。
• アクティブ光学エンジン:VCSEL ベースの光学系と信号調整回路が組み込まれているため、電気ノイズやケーブル配線の複雑さに関係なく、一貫したパフォーマンスが保証されます。
• フォームファクター:両端の QSFP56 コネクタは、既存のスイッチおよびアダプタ インフラストラクチャとの互換性を維持しながら、細い光ファイバによりケーブル トレイの体積が銅製の同等品と比較して 60% 以上削減されます。
• デジタル診断モニタリング (DDM):統合された I²C ベースのモニタリングにより、温度、電圧、レーザー バイアス電流、光受信パワーをリアルタイムで可視化できます。詳細については、「MFS1S00-H020Vの仕様。
• 電力効率:消費電力はエンドあたり 3.5 W 未満で、パッシブ銅線ソリューションの電力プロファイルに適合し、優れたパフォーマンスを実現します。

ケーブルはMFS1S00-H020V互換すべての NVIDIA Mellanox Quantum および Spectrum スイッチ、および QSFP56 MSA および IBTA 標準に準拠したサードパーティ製機器を使用します。この広範な互換性により、組織は確実にMFS1S00-H020V独自のインターフェースやベンダーロックインを必要とせずに。

4. 一般的なトポロジでの展開と拡張の推奨事項

を展開するMFS1S00-H020Vリスクを最小限に抑え、サービス提供までの時間を短縮する構造化されたプロセスに従います。推奨される展開ワークフローは、次の 4 つのフェーズで構成されます。

フェーズ 1 – 物理的計画:垂直および水平のケーブル管理経路を含む、リーフ スイッチとスパイン スイッチの位置間のケーブル パスを正確に測定します。のMFS1S00-H020V標準の長さで入手可能です。適切な長さを選択すると、サービス ループが最小限に抑えられ、将来のメンテナンスに備えて十分な余裕が得られます。一般的な 16 ラック ポッド設計では、リーフ スイッチごとに 2 つのスパイン スイッチへの 8 つのアップリンクが必要となり、ポッド全体で 128 本のケーブルが必要になります。

フェーズ 2 – インストール前の検証:すべてのリーフおよびスパイン スイッチ ポートが 200Gb/s での InfiniBand HDR 動作用に構成されていることを確認します。を確認してくださいMFS1S00-H020V データシートファームウェアの互換性を確認し、インストール前の構成要件を特定します。

フェーズ 3 – 物理的な設置:をインストールしますMFS1S00-H020VQSFP56 コネクタをリーフ スイッチとスパイン スイッチの両方の指定されたアップリンク ポートに挿入して、ケーブルを接続します。プルタブ設計により、隣接するコネクタに負担をかけずに、確実な挿入と取り外しが容易になります。製品ドキュメントに指定されている最小曲げ半径 30 mm を維持しながら、専用の経路に沿ってファイバを配線します。ケーブル直径が小さくなったことで、垂直ケーブル マネージャーでの高密度の結束が可能になります。

フェーズ 4 – リンクの起動と検証:インストール後、スイッチ管理インターフェイスを使用してリンクのステータスを確認します。のMFS1S00-H020V 200G QSFP56 AOC ケーブル ソリューション自動ネゴシエーションをサポートし、起動を簡素化します。 DDM 読み出しを使用して、光受信パワー、温度、電圧が通常の動作範囲内にあることを確認します。将来のトラブルシューティング時の比較のために、ベースライン DDM 値を文書化します。

拡張するには、MFS1S00-H020Vシームレスにスケールします。使用可能なポートに AOC ケーブルを追加することで、追加のラックを既存のスパイン スイッチに接続できます。 100G から 200G インフラストラクチャにアップグレードする場合、ケーブルの 200Gb/s 容量により、ケーブルを交換せずに将来の帯域幅増加に備えた余裕が得られます。

5. 運用の監視、トラブルシューティング、および最適化

大規模な InfiniBand ファブリックを効果的に管理するには、包括的な監視機能と迅速なトラブルシューティング機能が必要です。のMFS1S00-H020VNVIDIA Mellanox のネットワーク管理エコシステムと統合して、次の機能を提供します。

プロアクティブなヘルスモニタリング:DDM 機能は、重要なパラメータを継続的に追跡します。ネットワーク管理者は、標準のスイッチ管理インターフェイスを使用して、温度、電圧、光パワーの偏差に対するしきい値アラートを構成できます。受信電力の徐々に低下するなど、異常な DDM 読み取り値を早期に検出することで、リンク障害が発生する前に予防保守を行うことができます。のMFS1S00-H020Vの仕様参考のために公称動作範囲を文書化してください。

誤った隔離：リンクの問題が検出された場合、DDM データはケーブル関連の問題とスイッチ側の障害を区別するのに役立ちます。受信パワーの突然の低下は通常、光路の汚染またはケーブルの損傷を示しますが、レーザー バイアス電流の損失は送信端に問題があることを示します。この診断機能により、平均修復時間 (MTTR) が大幅に短縮されます。

ファブリック全体の可視性:のNVIDIA Mellanox MFS1S00-H020VDDM データは、NVIDIA UFM (Unified Fabric Manager) およびその他のテレメトリ プラットフォームと統合され、物理層の診断とファブリック全体のパフォーマンス メトリックの関連付けが可能になります。この可視性により、キャパシティ プランニング、ワークロードの配置、根本原因の分析がサポートされます。

トラブルシューティングのベスト プラクティス:機能しないリンクのトラブルシューティングを行う場合、推奨される順序は次のとおりです。(1) 両端の物理接続を確認します。 (2) 範囲外のパラメータの DDM 読み取り値を検査します。 (3) スイッチポートのステータスと構成を確認します。 (4) 診断結果が決定的でない場合は、ケーブルを正常なユニットと交換します。工場でテスト済みMFS1S00-H020Vは、実稼働環境で優れた信頼性を実証しており、ケーブルに起因する障害は非常にまれです。

コストの最適化:一方、MFS1S00-H020V 価格ユニットあたりのコストは銅製 DAC のそれを上回っており、総所有コスト (TCO) 分析では一貫してアクティブな光ソリューションが有利です。冷却コストの削減、ケーブル管理の労力の削減、トランシーバーの調達の不要化、および信頼性の向上が組み合わさって、運用開始 1 年以内にプラスの ROI を実現します。組織は評価すべきMFS1S00-H020V 販売用コスト構造を最適化するための大量購入契約によるオプション。

6. 概要と価値の評価

のメラノックス (NVIDIA メラノックス) MFS1S00-H020Vアクティブ光ケーブルは、高性能データセンターにおける短距離のラック間相互接続への革新的なアプローチを表します。 DAC のプラグアンドプレイのシンプルさと信号の完全性および光ファイバーの到達距離を組み合わせることで、ネットワーク設計者に長い間妥協的なソリューションを強いてきた相互接続ポートフォリオの重大なギャップに対処します。

のMFS1S00-H020V 200G QSFP56 AOC ケーブル ソリューション銅線の代替品と比較して、ケーブル密度が 60% 以上向上し、リンクあたりの展開時間が約 75% 短縮され、リンクの信頼性が 1 桁向上するなど、さまざまな側面で目に見えるメリットが得られます。統合された DDM 機能は、プロアクティブな運用管理に必要な可視性を提供します。MFS1S00-H020V互換その性質により、既存のインフラストラクチャとのシームレスな統合が保証されます。

200G InfiniBand ファブリックの導入または拡張を計画している組織の場合、MFS1S00-H020Vは、数ラックから数千ノードまで拡張できる、実証済みのフィールド検証済みの基盤を提供します。既存のスイッチ インフラストラクチャとの互換性については、MFS1S00-H020V データシートにより、フォークリフトの交換や複雑な相互運用性テストを行わずにアップグレードを続行できるようになります。

データセンターの速度が進化し続ける中、このソリューションによって実証される基本的なアーキテクチャ原則、つまり統合されたアクティブ光学系、デジタル診断、および簡素化されたケーブル管理は、今後も重要な意味を持ち続けます。のMFS1S00-H020V単なるケーブルではありません。これは、ネットワーク アーキテクトが次世代のコンピューティング ワークロード向けに、より高密度で信頼性が高く、管理しやすい高性能ファブリックを構築できるようにする戦略的インフラストラクチャ コンポーネントです。