الكابلات والتوصيلات: اختيار DAC وAOC وAEC والألياف الضوئية لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي بسرعة 800G

آخر تحديث: 11 ديسمبر 2025

تحديث ديسمبر 2025: أصبحت سرعة 800G الخيار الافتراضي للمشاريع الجديدة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، مع وجود سرعة 1.6T في مرحلة التجارب التطويرية. وصلت تقنية AEC إلى مسافة 9 أمتار بسرعة 800G (عرض Marvell/Infraeo في مؤتمر OCP)، مما يسد الفجوة بين DAC وAOC مع استهلاك طاقة أقل بنسبة 25-50% من الحلول الضوئية. تم تركيب كابلات NVIDIA LinkX AOC في غالبية أنظمة TOP500 للحوسبة عالية الأداء. تدعم تصميمات QSFP-DD800 وOSFP تقنية PAM4 للنشر في بيئات الإنتاج.

تتطلب مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي التوليدي عشرة أضعاف كمية الألياف الضوئية مقارنة بالإعدادات التقليدية لدعم مجموعات وحدات GPU والتوصيلات منخفضة التأخير.¹ تحدد البنية التحتية للكابلات التي تربط مفاتيح 800G بآلاف وحدات GPU ما إذا كانت موارد الحوسبة باهظة الثمن ستحقق الاستخدام الكامل أم ستتعثر بسبب اختناقات في اتصال الشبكة. مع أن سرعة 800G أصبحت الخيار الافتراضي لمشاريع مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الجديدة وسرعة 1.6T في مرحلة التجارب التطويرية، فإن قرارات اختيار الكابلات المتخذة اليوم تحدد مرونة البنية التحتية للسنوات القادمة.²

أصبح مشهد التوصيلات أكثر تعقيدًا من الاختيار التقليدي بين DAC وAOC. تسد الكابلات الكهربائية النشطة (AEC) الآن الفجوة بين الحلول النحاسية والضوئية، حيث تصل إلى 9 أمتار مع استهلاك طاقة أقل بنسبة 25-50% من البدائل الضوئية النشطة.³ تطورت تصميمات الأجهزة من QSFP-DD إلى OSFP، كل منها محسّن لمتطلبات حرارية وكثافة مختلفة. يجب على المؤسسات التي تنشر بنية تحتية للذكاء الاصطناعي التعامل مع متطلبات المسافة وميزانيات الطاقة وقيود التبريد ومسارات الترقية عبر أنواع الكابلات التي يتفوق كل منها في سيناريوهات محددة.

يوفر DAC أقل تكلفة وتأخير للمسافات القصيرة

تظل كابلات التوصيل النحاسي المباشر (DAC) الخيار الأمثل للتوصيلات داخل الرف حيث تسمح المسافة. لا تتطلب التوصيلات القائمة على النحاس أي تحويل كهروضوئي، حيث تنقل الإشارات مباشرة مع تأخير إضافي يكاد يكون معدومًا.⁴ يقلل الهيكل البسيط والموثوقية العالية من التعقيد التشغيلي مع الحفاظ على التكاليف أقل بكثير من البدائل الضوئية.

تستخدم منتجات DAC بسرعة 800G تغليف QSFP-DD800 أو OSFP مع دعم تقنية PAM4. يستهلك DAC السلبي طاقة شبه معدومة (أقل من 0.15 واط)، بينما يظل استهلاك طاقة DAC النشط أقل بكثير من الوحدات الضوئية.⁵ تتضاعف ميزة التكلفة على نطاق واسع، حيث توفر عمليات النشر الكبيرة مبالغ كبيرة مقارنة بالبدائل الضوئية.

تقيّد حدود المسافة إمكانية تطبيق DAC. يصل DAC السلبي إلى حوالي 3 أمتار بسرعات 800G، بينما يمتد DAC النشط إلى 5 أمتار.⁶ عندما تتجاوز مسافات التوصيل هذه العتبات، يجعل فقدان الإرسال وعدم مرونة الكابل DAC غير عملي.

تمثل الخصائص الفيزيائية تحديات إضافية. تكون الكابلات النحاسية أكثر سمكًا من البدائل الضوئية، مع نصف قطر انحناء أكبر ووزن أثقل مما يعقد عمليات النشر الكثيفة.⁷ تصبح إدارة الكابلات في الرفوف عالية الكثافة أكثر صعوبة مع زيادة أعداد DAC.

تشمل أفضل تطبيقات DAC توصيلات الخادم إلى مفتاح ToR (أعلى الرف) داخل الرفوف، والتوصيل عالي السرعة بين الخوادم المتجاورة، والبيئات ذات الحساسية الشديدة للتأخير في مسافات محدودة.⁸ تستخدم بنية مجموعات الذكاء الاصطناعي في Meta كابلات DAC لتوصيلات مفتاح التدريب في الرف بوحدات GPU، مما يوضح دور التقنية في البنية التحتية للذكاء الاصطناعي في بيئات الإنتاج.⁹

يوسع AOC النطاق مع الأداء الضوئي

تدمج الكابلات الضوئية النشطة (AOC) وحدات التحويل الكهروضوئي، حيث تحول الإشارات الكهربائية إلى ضوئية للإرسال. تدعم التقنية مسافات إرسال من 30 إلى 100 متر في تكوينات 800G مع الحفاظ على تغليف QSFP-DD800 أو OSFP.¹⁰

تفضل خصائص الأداء AOC للتوصيلات متوسطة المسافة. يتيح الوزن الخفيف والمرونة الممتازة والحصانة ضد التداخل الكهرومغناطيسي عمليات نشر أكثر كثافة دون مقايضات في الأداء.¹¹ يساعد تبديد الحرارة الأفضل من البدائل النحاسية في إدارة الأحمال الحرارية في بيئات كثيفة بوحدات GPU.

يكون استهلاك الطاقة أعلى من DAC عند 1-2 واط لكل كابل، لكنه يظل مقبولًا لقدرات المسافة المقدمة.¹² تصل التكلفة إلى حوالي 4 أضعاف DAC للمواصفات المماثلة، مما يعكس الإلكترونيات الداخلية الأكثر تعقيدًا والمكونات الضوئية.¹³

تستهدف كابلات AOC بسرعة 800G التطبيقات الناشئة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي ومرافق تدريب التعلم الآلي وبيئات السحابة فائقة الحجم حيث تتجاوز متطلبات النطاق الترددي 400G.¹⁴ تثبت التقنية أنها مثالية لتوصيلات مجموعات GPU والتوصيلات بين الصفوف وبيئات تدريب الذكاء الاصطناعي واسعة النطاق التي تتطلب كابلات مرنة مع مسافات إرسال متوسطة.¹⁵

توضح كابلات NVIDIA LinkX AOC التحسين الخاص بالمورد لأحمال عمل الذكاء الاصطناعي. صُممت وصُنعت بواسطة LinkX Optics، وتُركب الكابلات في غالبية أنظمة TOP500 للحوسبة عالية الأداء.¹⁶ تمتد المنتجات عبر تصميمات QSFP التي تدعم من QDR إلى NDR (400G) بمسافات تصل إلى 150 مترًا، مع اختبار 100% في أنظمة الشبكات ووحدات GPU الفعلية من NVIDIA لضمان سلامة الإشارة المثلى.¹⁷

يسد AEC الفجوة بين DAC وAOC

تمثل الكابلات الكهربائية النشطة (AEC) الحل الوسط الناشئ بين حلول DAC وAOC. تدمج التقنية شرائح معيد التوقيت أو DSP داخل الكابلات لتعزيز نقل الإشارة، وتضخيم الإشارات ومعادلتها وإجراء استعادة بيانات الساعة لمعالجة تحديات النقل النحاسي.¹⁸

تتجاوز قدرات المسافة DAC بشكل كبير. يدعم AEC أطوال كابلات من 2 إلى 9 أمتار، مما يتيح توصيلات موثوقة عبر الرفوف ضمن تخطيطات مراكز البيانات الكثيفة.¹⁹ عرضت Marvell وInfraeo كابل AEC بسرعة 800G بطول 9 أمتار في قمة OCP العالمية 2025، مما يتيح توصيلات نحاسية تمتد عبر سبعة رفوف ويقرب بنية مركز البيانات من تصميم نظام الذكاء الاصطناعي على مستوى الصف الكامل.²⁰

تُثبت مزايا كفاءة الطاقة على AOC أنها كبيرة. يستهلك AEC طاقة أقل بحوالي 20% من البدائل الضوئية مع دعم 8 مسارات من إشارات 106.25G-PAM4 لحركة مرور 800G ثنائية الاتجاه.²¹ يمثل إجمالي استهلاك الطاقة البالغ حوالي 10 واط استهلاكًا أقل بنسبة 25-50% من AOC، مما يحسن تدفق الهواء وإدارة الوزن في البيئات عالية الكثافة.²²

يجعل وضع التكلفة والأداء AEC جذابًا لعمليات النشر الكبيرة. تكلف الكابلات أقل من AOC مع توفير قدرات تتجاوز DAC، مما يقدم استثمارًا ذكيًا للبيئات التي تتطلب نطاقًا تردديًا عاليًا.²³ يلاحظ محللو الصناعة في 650 Group أن مقدمي الخدمات الفائقين يحتاجون إلى حلول ذات نطاق ترددي عالٍ وطاقة منخفضة وتكلفة منخفضة، مما يضع AEC كالحل الأمثل للبنية التحتية للذكاء الاصطناعي التوليدي.²⁴

يتوقع أن يحقق سوق AEC معدل نمو سنوي مركب قدره 28.2% حتى عام 2031، ليصل إلى 1.257 مليار دولار مع أن التقنية تصبح معيارًا في عمليات نشر مجموعات الذكاء الاصطناعي.²⁵ يستثمر الموردون الرائدون بما في ذلك Amphenol وTE Connectivity وMolex وCredo في وحدات الجيل التالي القادرة على 112 جيجابت في الثانية لكل مسار مع التوسع نحو 224 جيجابت في الثانية لأنظمة 800G و1.6T.²⁶

اختيار تصميم OSFP مقابل QSFP-DD

تحدد تصميمات أجهزة الإرسال والاستقبال كثافة منافذ المفتاح ومتطلبات الإدارة الحرارية ومرونة الترقية. يتنافس معياران لعمليات نشر 400G و800G: OSFP وQSFP-DD.

OSFP (Octal Small Form-factor Pluggable) يوفر تصميمًا ميكانيكيًا أكبر محسّنًا لتطبيقات السعة الحرارية العالية. يستوعب التصميم تبديد طاقة يصل إلى 15-20 واط، مع دعم 8 مسارات أصلية لاتصال 400G و800G.²⁷ يتفوق OSFP في توصيلات مجموعات الذكاء الاصطناعي من الجيل التالي حيث تفوق موثوقية الرابط وإدارة الطاقة مخاوف حجم التصميم.²⁸

تضم تكوينات OSFP 800G ثنائية المنفذ 8 قنوات من الإشارات الكهربائية مع محركين ضوئيين أو نحاسيين بسرعة 400 جيجابت في الثانية يخرجان إلى منفذين. تدعم زعانف التبريد الإضافية أجهزة الإرسال والاستقبال بقدرة 17 واط، والمعينة كمنتجات "2x400G twin-port OSFP finned-top".²⁹

QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density) يوفر المرونة من خلال التوافق مع الإصدارات السابقة. تشغل منافذ QSFP-DD عادةً وحدات 400G و800G، مما يتيح الترقيات التدريجية دون استبدال المفتاح.³⁰ يتيح التوافق الكامل مع معايير QSFP+ وQSFP28 وQSFP56 مسارات ترحيل سلسة.³¹

يظل QSFP-DD 400G المعيار الأكثر انتشارًا في بيئات Ethernet التي تركز على الذكاء الاصطناعي، خاصة ضمن مجموعات GPU المستندة إلى NVIDIA.³² يهيمن التصميم في الشبكات التي تتم ترقيتها تدريجيًا من سرعات أقل.

يعتمد توجيه الاختيار على استراتيجية النشر. يناسب QSFP-DD الشبكات التي تتم ترقيتها خطوة بخطوة، بينما يفضل OSFP عمليات النشر الجديدة التي تعطي الأولوية لقابلية التوسع على المدى الطويل على التوافق مع الإصدارات السابقة.³³ يجب على المؤسسات التي تتوقع التوسع إلى 1.6T تفضيل بنية OSFP لتسهيل التوسع المستقبلي.

استراتيجية الكابلات المستندة إلى المسافة

يتبع اختيار الكابل الأمثل متطلبات المسافة عبر طوبولوجيا مركز البيانات:

التوصيلات داخل الرف (0-3 م): يوفر DAC أقل تكلفة وأقل تأخير وأقل استهلاك للطاقة. استخدم DAC السلبي حيث تسمح المسافات، وDAC النشط عندما تفيد المعالجة الإضافية للإشارة في الأداء.

توصيلات الرفوف المتجاورة (3-7 م): يوسع AEC فوائد النحاس مع استعادة الإشارة النشطة. توفير الطاقة بنسبة 25-50% مقارنة بـ AOC يتضاعف عبر آلاف التوصيلات في مجموعات GPU الكبيرة.

التوصيلات بين الصفوف (7-100 م): يوفر AOC النطاق المطلوب لبنيات spine-leaf التي تمتد عبر قاعات البيانات. تدعم وحدات SR8/DR8 متعددة الأوضاع مسافات تصل إلى 100 متر مع موصلات MTP/MPO.³⁴

التوصيلات بين المباني (100 م - 2 كم+): توفر الألياف أحادية الوضع مع وحدات FR4/LR4 النطاق لربط المجموعات عبر المرافق. قم بتركيب SMF لروابط العمود الفقري الأساسية أو بين المباني مع التخطيط لنمو النطاق الترددي المستقبلي.³⁵

تمتد توصيلات GPU من الخادم إلى الورقة في تكوينات ToR عادةً من 100 إلى 300 متر.³⁶ تمتد روابط الورقة إلى العمود الفقري باستخدام واجهات 400G/800G من 300 إلى 800 متر عبر قاعات البيانات.³⁷ تؤدي مطابقة تقنية الكابل مع متطلبات المسافة إلى تحسين التكلفة مع ضمان الأداء.

تغطي محفظة NVIDIA LinkX جميع المتطلبات

توفر عائلة منتجات LinkX خط التوصيل الأكثر اكتمالًا في الصناعة والذي يمتد من 10G إلى 1600G في بروتوكولات Ethernet ومن EDR إلى XDR في بروتوكولات InfiniBand.³⁸ تلبي المنتجات كل متطلبات المسافة والسرعة للبنية التحتية للذكاء الاصطناعي.

منتجات 800G و400G تربط مفاتيح Quantum-2 InfiniBand وSpectrum-4 SN5600 Ethernet مع محولات ConnectX-7 ووحدات BlueField-3 DPU وأنظمة DGX H100.³⁹ يشمل خط المنتجات DAC الذي يصل إلى 3 أمتار، وكابلات نحاسية نشطة خطية من 3-5 أمتار، وبصريات متعددة الأوضاع حتى 50 مترًا، وبصريات أحادية الوضع حتى 100 متر و500 متر و2 كيلومتر.⁴⁰

دعم البروتوكول المزدوج يبسط إدارة المخزون. تدعم كابلات وأجهزة الإرسال والاستقبال LinkX بسرعة 100G-PAM4 كلاً من بروتوكولي InfiniBand وEthernet في نفس الجهاز باستخدام أرقام قطع متطابقة.⁴¹ يحدث تحديد البروتوكول عند الإدراج في مفاتيح Quantum-2 NDR InfiniBand أو Spectrum-4 Ethernet.

ضمان الجودة يتجاوز معايير الصناعة. بالإضافة إلى امتثال IBTA، تخضع الكابلات المعتمدة من LinkX لاختبار 100% في أنظمة الشبكات ووحدات GPU الفعلية من NVIDIA لضمان سلامة الإشارة المثلى والأداء من طرف إلى طرف.⁴² تتجاوز متطلبات الاختبار معايير صناعة Ethernet AOC، وتلبي مستويات جودة الحواسيب الفائقة.

نصف قطر الانحناء وإدارة الكابلات عند الكثافة العالية

تتطلب عمليات النشر عالية الكثافة اهتمامًا دقيقًا بتوجيه الكابلات والحفاظ على نصف قطر الانحناء. يتسبب الانحناء غير السليم في توهين الإشارة وتلف الألياف الدائم الذي يضعف الأداء بمرور الوقت.

تحدد إرشادات نصف قطر الانحناء القياسية أن كابلات الألياف يجب ألا تنحني أبدًا بشكل أضيق من عشرة أضعاف القطر الخارجي.⁴³ تتطلب مراحل التركيب حدودًا دنيا أكثر تحفظًا تبلغ عشرين ضعف القطر.⁴⁴ تغير تغيرات درجة الحرارة والاهتزاز والحركة خصائص انحناء الألياف، مما يتطلب زيادة نصف قطر الانحناء بنسبة 35% في البيئات عالية الاهتزاز أو الزلزالية.⁴⁵

تقلل خيارات الألياف غير الحساسة للانحناء من القيود. تحدد مواصفة ITU G.657 الألياف أحادية الوضع غير الحساسة للانحناء بحد أدنى لنصف قطر الانحناء من 5 مم (G.657.B2) إلى 10 مم (G.657.A1)، مقارنة بـ 30 مم للألياف القياسية G.652.⁴⁶ ومع ذلك، تنشئ كابلات مراكز البيانات عالية عدد الألياف تركيبات صلبة لا يمكن أن تحقق فعليًا هذه الأنصاف القطرية الضيقة دون تلف، مما يجعل

[تم اقتطاع المحتوى للترجمة]