数据中心核心交换机架构演进与发展

　　核心交换机端到端高速链路的发展

　　我们知道在核心交换机中，最重要的属性是高密度、高带宽，而支撑高密度和高带宽属性的是系统内的高速链路，简单的说如果我们核心交换机的背板是10G的链路，那我们的单板就可以支持48*10GE线速;如果是25G的链路，那我们的单板未来就可以支持48*100GE线速。因此，核心交换机怎样才能支持更高速的链路，是核心交换机长期演进面临的重要课题。下图展示了一个典型的核心交换机系统中，端到端高速链路由哪些部分组成。

　　图4：核心交换机端到端高速链路组成示意图

　　我们从图中可以很显然的看到，高速链路从一个芯片的一个管脚输出后，经过线卡PCB、背板连接器、背板PCB、背板连接器、线卡PCB输入到芯片输入端，在中间传输过程中，为了更好的提升高速链路的性能，特别需要做好两件事，一是尽量降低到端到链路的长度，二是尽量降低中间连接器的串扰。

　　降低端到端的走线长度。为什么要降低端到端走线长度，下图很好的解释了这个原因。

　　图5：核心交换机端到端高速链路插损描述

　　上图中X是信号的通道损耗(db)，Y是信号的误码率。上图综合描述了通道损耗(IL)对误码率(BER)的影响，在板材、层叠等相同的情况下，高速通道的损耗主要由走线长度决定，可以看到在相同误码率条件下通道越短就可以支持更高的信号速率，而在信号速率确定的情况下通道越短，就可以获得更加理想的误码率。

　　因此如何降低高速通道的走线长度是核心交换机演进能力的重要体现。我们分析核心交换机的架构，可以看到走线长度是由线卡走线+背板走线组成，如果把背板的走线降低为0，就可以大大缩短端到端的链路走线，这就是下图新一代核心交换机采用的正交架构，背板上的高速链路走线为0。

　　图6：核心交换机正交架构

　　核心交换机的线卡和交换网板，直接通过正交连接器对插，省掉了中间背板的走线连接，因此端到端的走线控制在最短，高速通道的阻抗一致性更好，能够保证在更高的带宽下通道的平顺性，以支持系统实现更高速率演进的能力。

　　提升高速连接器的性能。前面的分析我们也看到，除了降低走线长度，提升高速链路性能的另外一个重要环节是背板的高速连接器，高速连接器的串扰对性能影响最大，10G~25G链路，最好的连接器串扰小于35dB。

　　对于高速连接器来说，串扰的属性很大程度上受连接器Wafer之间的距离影响，而目前业界主流的连接器，Wafer距离一般都处于2mm左右，并不能很好的满足高速连接器串扰的要求，新一代核心交换机要支持更高的速率，必须采用新一代的高速连接器。上一代的连接器是无法满足核心交换机长期的演进发展的，目前业界主流的核心交换机都是基于上一代的高速连接器设计，高速链路的性能基本上到10G已经到了极限，不再可能升级到更高速率，也就不具备未来支持48*40GE/100GE的能力。

　　华为CE12800核心交换机作为新一代的核心交换机，采用了高性能的正交体系架构，与业界主流的连接器厂家合作开发了2.7mm的新一代正交高速连接器，能支持从10G向25G的演进，很好的满足了未来4T的槽位带宽演进需求。