我們已經置身于大數據時代，相信大家對此不會有什么異議。根據國際數據公司（IDC）的預測，到2025年，全球被創建、采集或復制形成的數據集合規模將達到175ZB，這個數值接近2018年32ZB的5.5倍！而且這些數據的來源大大超出了傳統IT行業的范疇，涵蓋了工業制造、醫療保健、金融服務、媒體娛樂等實體經濟的方方面面。將數據比作驅動未來智能世界運轉的“石油”，一點也不為過。

而就像我們將埋藏在地下的原油轉化為可以利用的能源和原材料，需要一個完整的采掘、轉化系統一樣，想要挖掘出海量數據的價值，也需要相應的基礎設施的支撐，數據中心就是這其中關鍵的基石，它為大數據的處理提供了充沛的算力。

有研究數據顯示，2020年全球經數據中心處理的數據流量高達15.3ZB，占全球總流量的99.35%。盡管隨著邊緣計算的興起，在網絡邊緣端處理數據的占比在增加，分擔了一部分計算任務，但是邊緣的智能化也反過來在推動作為云計算“大腦”的數據中心的進一步演進，因此對其算力的需求仍會不斷攀升。

根據中國信通院的《數據中心白皮書2022》，2021年全球數據中心市場規模超過679億美元，較2020年增長9.8%；預計2022年市場收入將達到746億美元，總體保持著強勁而平穩的增勢。

數據中心算力的提升，顯然不是簡單的規模疊加，而是要通過不間斷的技術進步去滿足快速增長的應用需求。歸納起來，數據算力的硬件支柱主要來自三個方面：

#1

計算：高性能的處理器是其核心。除了x86、Arm等架構的處理器，近年來隨著機器學習等技術的發展，基于GPU、FPGA等計算架構的AI加速設備在計算中心中也是屢見不鮮，以盡可能地提高計算的性能。

存儲：存儲設備也是關鍵的算力設備之一。從機械硬盤到固態硬盤，更大的存儲密度、更快的讀寫速度、更高的可靠性，是存儲技術永遠的追求。

#2

#3

互連：支持數據在算力設備內部不同組件之間、在各個算力設備之間，以及在算力設備與外設之間快速、可靠地傳輸，是大數據處理不可或缺的一環。高速IO連接器和線纜等硬件互連組件是確保這一數據傳輸通道暢通無阻的關鍵。

特別需要指出的是，在算力提升的過程中，上述三個支柱技術一定要確保同步升級，任何一個方面的滯后，就會成為整個系統的“短板”。“計算”和“存儲”兩方面，很大程度上依賴于半導體技術的進步，摩爾定律確保了其技術發展的速度；而對于“互連”技術來講，則需要提前布局和規劃，定義好高速IO的傳輸協議和物理接口標準，以跟上前兩種技術升級的腳步。

再具體到高速IO互連解決方案的開發上，在同步技術升級節拍的同時，連接器廠商還要根據實際的客戶需求，做出差異化優勢的產品，這樣才能搶占先機，盡享大數據時代的紅利。

在高速IO互連領域，Molex的表現一直非常搶眼。從連接器到線纜組件，以及完整的加速器卡，Molex都有相應的產品布局，而且在產品的設計上總是能夠直擊用戶的“痛點”。

之所以能夠做到這一點，主要得益于Molex牢牢把握住了大數據時代高速IO互連的“關鍵詞”——這些關鍵詞究竟有哪些？今天我們就從三款高速IO產品入手，一起來探究一下。

關鍵詞一：高速

“高速”無疑是算力設備IO互連首要的追求。因為只有通過高速傳輸進一步提升數據吞吐量，才能夠與性能越來越高的處理器、容量越來越大的存儲設備相匹配。為此，人們定義了各類高速IO標準。

由小型封裝（SFF）委員會創建的多源協議（MSA），為設備或組件之間的光模塊互連確立了一個接口標準。經過多年的發展，這一標準已經從僅有一個通道、數據傳輸速率100Mbps至4Gbps的SFP接口，發展至最新的可以堆疊8個通道、每個通道數據速率為56Gbps（采用PAM4信號格式）、總帶寬高達400Gbps的QSFP-DD接口。

Molex的QSFP-DD互連系統和電纜組件，就是遵循QSFP-DD這一最新規范設計的高速IO產品，以滿足新一代數據中心發展的要求。

圖1：QSFP-DD互連系統和電纜組件

（圖源：Molex）

Molex的QSFP-DD互連方案的優勢特性包括：

• 更高的數據傳輸速率：八通道電氣接口，單通道數據傳輸速率高28Gbps NRZ或56Gbps PAM-4，總數據速率高達200Gbps或400Gbps。

• 雙密度：支持雙排高速環境的加長型雙切換卡。
• 向后兼容：與前代QSFP互連系統具有相同占位，可確保向后兼容性，方便用戶的系統升級。
• 應用廣泛：符合IEEE 802.3bj、InfiniBand EDR和SAS 3.0規范，適用于各種前沿性的技術和應用。
• 獨特的電纜技術：采用Temp-Flex電纜技術，有效提升互連系統的電氣性能。
• 工作溫度范圍寬：-20°C至85°C的工作溫度，可以適應數據中心等計算密集型應用的環境要求。

• 出色的可擴展性：提供不銹鋼EMI籠罩、二合一堆疊式集成連接器和籠罩、表面貼裝設計等不同配置的產品，支持長度范圍500mm至2.5m的電纜組件，可滿足不同應用設計的要求。

圖2：QSFP-DD互連系統和電纜組件特點

（圖源：Molex）

總之，Molex的QSFP-DD互連系統和電纜組件在傳輸速度方面，代表了高速IO的前沿水平，同時整合了Molex的優勢資源，是一款優秀的產品。

關鍵詞二：小型化

如果說“高速”代表著IO連接器在數據傳輸性能上的極致追求，那么“小型化”則是另一個關鍵的競爭賽道。這很好理解——今天的數據傳輸在確保“快”的同時，還需要在更小的空間內實現更高的連接密度，只有這樣才能有力地支持數據中心實現更高的計算密度。

Molex的Nano-Pitch I/O互連系統就是為了滿足這一技術趨勢而開發的小型化、高密度、高速IO連接器。

圖3：Nano-Pitch I/O互連系統

（圖源：Molex）

Nano-Pitch I/O互聯系統采用為高速應用而優化的連續的接地-信號-信號-接地概念，可以實現每通道24Gbps的數據傳輸速率，并且能夠盡可能地增加單位空間內高速通道的數量。而且該外形緊湊的連接器還具有多協議支持的特性，可兼容PCIe、SAS和SATA等主流的協議，包括PCIe Gen 4 (16GT/s) 和 SAS 4 (25Gbps)。

Nano-Pitch I/O互聯系統的特性包括：

• 針對高速應用進行了優化，靈活引出線概念（連續的接地-信號-信號-接地）能夠盡可能地增加互連密度。

• 多協議解決方案，符合各種主流行業標準，包括PCIe、SAS和SATA等。
• 具有小巧的外形（5.0 x 15.0 x 9.0mm）和較低的12.0mm連接器至電纜裝配高度。
• 交錯、可靠、一致的雙排觸點配置，支持熱插拔，有利于減少PCB空間占用。
• 多功能金屬外殼，支持低插接高度，可提供電纜側被動或主動鎖閂選項。

• 提供垂直和直角PCB安裝選項，以及夾層和并聯解決方案，支持更高的系統設計靈活性。

圖4：Nano-Pitch I/O互連系統應用示意

（圖源：Molex）

可以說，Nano-Pitch I/O系統很好地解決了高速IO設計中空間和性能之間平衡的問題，憑借出色的端口密度、多協議支持和更強的信號完整性，為下一代服務器和存儲等算力設備互連提供了一個小型化、高性價比的解決方案。

關鍵詞三：可擴展

前文提到，面對高算力的挑戰，如今的數據中心越來越多地用到FPGA等硬件資源去進行計算加速，FGPA加速器卡也就應運而生了。Molex通過收購BittWare公司，也進入到了FPGA加速器卡這個方興未艾的領域，以期為客戶提供更全面的數據中心解決方案。

BittWare XUP-P3RFPGA加速器卡是其中一款代表性的產品。在計算性能方面，該加速器卡基于Xilinx的Virtex UltraScale+ FPGA，支持高達512GB的內存，為需要大量數據流和數據包處理的系統提供高性能、高帶寬和低延遲的特性。在接口方面，XUP-P3R配置了四個前面板QSFP籠罩和連接器，每個QSFP接口可支持高達100Gbps的數據帶寬。而且，XUP-P3R還集成了一個板卡管理控制器（BMC）用于系統監控，這大大簡化了QSFP平臺的集成和管理。所有這些特性綜合起來，使得XUP-P3R成為了數據中心算力提升的理想選擇。

圖5：XUP-P3RFPGA加速器卡

（圖源：BittWare）

不過， 在這里我們想重點介紹的，是XUP-P3R FPGA加速器卡在高速IO方面一個出色的設計，那就是SEP（串行擴展端口）模塊。顧名思義，SEP的目的就是為方便FPGA加速器卡擴展出更多的新功能，能夠將FPGA澎湃的算力充分釋放出來，支持更多的應用場景。這種“可擴展性”對于快速迭代的數據中心應用來說，無疑是一個非常關鍵的特性。

圖6：XUP-P3R FPGA加速器卡中的SEP模塊

（圖源：BittWare）

具體來講，SEP模塊的“擴展”方式有三種：

01

第一種方式是提供額外的PCIe Gen3 x16接口。因為許多FPGA所需的PCIe連接僅通過主卡邊緣的那個“手指”形插口是不夠的，這時通過SEP這個額外的插槽就可以提供第二個PCIe Gen3 x16接口。

圖7：SEP模塊擴展的PCIe Gen3 x16接口

（圖源：BittWare）

02

第二種方式是提供額外的4x QSFP28接口。對于一些客戶來說，增加專有接口是一個關鍵的設計需求，通過SEP可以連接BittWare專門設計的子卡，為客戶的FPGA擴展出總共8個QSFP28高速IO接口。

圖8：SEP模塊擴展的4x QSFP28接口

（圖源：BittWare）

03

第三種應用是和其他的附加卡或者另一個XUP-P3R加速器卡互連，實現特定的擴展功能。比如下圖這個附加卡就是為SDI SFP視頻模塊而設計的，通過SEP連接后可以方便客戶快速建立一個概念驗證設備，用于捕獲視頻并將數據傳輸給FPGA進行處理。

圖9：SEP模塊擴展到8x 12G-SDI視頻模塊（圖源：BittWare）

FPGA提供出色的高算力，SEP模塊又帶來高度的可擴展能力，在這兩大特性的加持下，XUP-P3R加速器卡也就確立了自己的競爭優勢。

本文小結

根據IDC發布的《2022年全球大數據支出指南》，全球大數據市場的IT總投資規模在2021年為2176.1億美元，到2026年將增至4491.1億美元，年復合增長率高達15.6%。想要抓住機會參與這場市場盛宴，高算力是一塊關鍵的“敲門磚”。

我們同時也看到，算力的提升除了要在處理器、存儲設備上不斷挖潛，以高速IO為代表的新一代互連技術同樣不容忽視。而在打造高速IO互連產品時，參透了高速、小型化、可擴展這些核心關鍵詞，你也就把握住了成功的關鍵。從本文介紹的這幾款Molex高速IO產品和方案，你是否也體會到了其中的深意呢？

Molex高速IO解決方案

Molex QSFP-DD互連系統和電纜組件，了解詳情>>

Molex Nano-Pitch I/O互連系統，了解詳情>>

BittWare XUP-P3R FPGA加速器卡，了解詳情>>

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