為何新一代Nexus9500模塊化交換機(jī)采用“無(wú)中板”架構(gòu)設(shè)計(jì)？
“高性能系統(tǒng)”的其中一個(gè)特性必然包括把盡量多的模塊塞在盡量小的機(jī)箱中。但“高性能”的事實(shí)意味著它們產(chǎn)生大量的熱。冷卻它們成為一個(gè)重要的設(shè)計(jì)問(wèn)題。
在傳統(tǒng)的機(jī)箱架構(gòu)中，板卡插入所謂的“背板”（backplane），因為它駐留在機(jī)箱的后方、背部。這不僅連接了所有板卡在機(jī)箱中，也同時(shí)提供物理支持。但當(dāng)數(shù)據(jù)傳速率增加、和更高密度導(dǎo)致的各種電子干擾，信號(hào)要通過(guò)板卡與板卡之間的距離逐漸變成一個(gè)難題。在過(guò)去的幾年中，高密度、高帶寬網(wǎng)絡(luò)的需求增長(zhǎng)已令系統(tǒng)里的信號(hào)完整性變得更重要。高速網(wǎng)絡(luò)通常需要緊密耦合的高速鏈路，這種更高的密度會(huì)導(dǎo)致噪聲，串?dāng)_和信號(hào)衰減，而“背板”架構(gòu)里的電纜及電路板材料的較長(zhǎng)鏈路會(huì)放大了數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)完整性的問(wèn)題。由于信號(hào)完整性對(duì)于產(chǎn)品性能和可靠性極為重要，通信系統(tǒng)部件和智能設(shè)備的設(shè)計(jì)人員需要找到有效的解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)是刻不容緩的。為克服這些距離的限制，“中板”架構(gòu)（mid-plane）給開(kāi)發(fā)出來(lái)了。中板架構(gòu)可以讓不同的模塊連接在中板的兩邊，有效縮短了模塊之間的最遠(yuǎn)距離。可是由于中板的平面位于在機(jī)箱的中間，它會(huì)明顯影響氣流并因此影響冷卻效率;所以有些“中板”架構(gòu)的系統(tǒng)會(huì)有兩套（正面和背面）的獨(dú)立冷卻系統(tǒng)。
為了解決“中板”跟“背板”的缺點(diǎn)，業(yè)內(nèi)已開(kāi)發(fā)一種“正交”直接連接器體系結(jié)構(gòu)（OrthogonalConnectors Systems）。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“正交”架構(gòu)里的模版分成“橫插”和“豎插”兩種，前排的“橫插”和后排的“豎插”通過(guò)“正交連接器”做十字型直接互交。因為再?zèng)]有中板阻礙空氣流通，“正交直接連接”的設(shè)計(jì)擁有更簡(jiǎn)單的散熱機(jī)制，也可以直接解決高速通道里的氣流，串?dāng)_和電容限制。這種架構(gòu)將會(huì)在下一代高性能計(jì)算系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中使用得越來(lái)越多，因?yàn)?/span>“正交”縮短了矩陣通道的需求，讓設(shè)計(jì)人員能有效提升電路板的密度。“正交”連接方式可以比傳統(tǒng)的背板方式降低約50％的整體走線長(zhǎng)度。此外，設(shè)計(jì)人員還可以使用這種架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)將來(lái)的系統(tǒng)升級(jí)而無(wú)需更改基礎(chǔ)架構(gòu)。譬如說(shuō)想從40G遷移到100G，設(shè)計(jì)人員可以只更換板卡就完成了升級(jí)、而不需要更換機(jī)箱。
思科全新一代的Nexus9500數(shù)據(jù)中心核心交換機(jī)正是業(yè)界第一臺(tái)“正交”架構(gòu)的模塊化交換機(jī)，全系列（Nexus9504，Nexus9508，Nexus9516）都采用了“無(wú)中板”設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)：
- 更好的冷卻（BetterCooling）
- 更有效的用電 (Increased PowerEfficiency)
- 更高的MTBF （HigherMean-Time-Between-Failure）
- 更自由的擴(kuò)容（UnrestrictedScale）
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