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康普吳健:尋找數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的確定性

康普中國 ? 來源:康普中國 ? 作者:康普中國 ? 2022-12-19 15:07 ? 次閱讀

摘要

2022年11月9日-10日,第十屆數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)峰會在北京隆重召開,峰會以“匯聚雙碳科技 夯實數(shù)據(jù)之基”為主題,康普北亞區(qū)技術(shù)總監(jiān)吳健在本次峰會上以《尋找數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的確定性》為題發(fā)表演講,現(xiàn)將精彩內(nèi)容整理如下,供數(shù)據(jù)中心廣大從業(yè)者學(xué)習(xí)交流。

以下為演講實錄

今天的世界有很多的不確定性因素,“在不確定性中找到確定性”尤為重要。對于網(wǎng)絡(luò)來說,各種技術(shù)流派都在發(fā)展,迭代更新日新月異,我們總在思考如何在發(fā)展中找到確定性的因素。

高密度與節(jié)能

第一個確定性就是“高密度”。不同的從業(yè)者對高密度的理解可能不一樣,有人認(rèn)為是配電的密度,也可能是制冷的密度,可能是空間密度,也可能是網(wǎng)絡(luò)接口的密度。對于網(wǎng)絡(luò)來說,“高密度”更多地體現(xiàn)著高速率和高性能。

以太網(wǎng)的發(fā)展

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IEEE組織每年都會更新以太網(wǎng)發(fā)展的線路圖,我們已經(jīng)走過了一個時代,那就就是10G到100G的時代;那么接下來,我們會進入一個新的時代,我們需要思考100G之后的時代是什么技術(shù)路線?100G之后的確定性是什么?100G之后發(fā)展的決定性因素又是什么? 放眼200G、400G、800G、1.6T等各種前瞻性技術(shù),100G之后最具有確定性和生命力的應(yīng)該是400G。縱觀線路圖我們?nèi)匀荒苷业揭粋€參數(shù)、一個因素、或一個確定性,那就是:四倍速迭代。有了25G單通道能力,于是就有了100G的網(wǎng)絡(luò);有了100G的單通道,于是就有了400G的網(wǎng)絡(luò);有了200G的應(yīng)用,也很容易達到800G網(wǎng)絡(luò);當(dāng)400G成熟時,必然會成型 1.6T的網(wǎng)絡(luò),這就是確定性。以太網(wǎng)已經(jīng)不再延續(xù)過去1M,100M,1000M,10G這樣的10倍速迭代。

交換機的發(fā)展

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從最近四代網(wǎng)絡(luò)交換機的技術(shù)發(fā)展來看,基本上印證了高密度的趨勢。隨著數(shù)據(jù)交換密度越來越高,芯片集成度也越來越高。例如25.6T交換機需要14納米的芯片支持,到51.2T需要7納米的技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展過程中,有一個非常重要的決定性因素,實現(xiàn)高效率地數(shù)據(jù)交換,必須不斷地基于單通道疊加復(fù)用,交換機內(nèi)借助于電氣通道的復(fù)用,交換機外借助于光纖通道的堆疊,才能達到高速率。這就是搭建高速網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)地底層邏輯。 所以確定性因素是什么?要達到更高速的數(shù)據(jù)交換,必須要有更高速的單通道能力。通俗地說,服務(wù)器速率決定著網(wǎng)絡(luò)速率的迭代或疊加需求,而單通道速率則是由光電芯片決定的。光電轉(zhuǎn)換的通道速率,由芯片制成技術(shù)決定,進而最終形成高密度交換機的成果。

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大家的個人經(jīng)驗是,服務(wù)器作為計算單元與交換機路由器等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備來比較,前者更耗能。隨著網(wǎng)絡(luò)速率的迭代,事實是否如此?我們來看一下數(shù)據(jù)分析,從2010年到2022年,這12年中帶寬增長了80倍;這是從交換機的升級過程來計算的,比如從640G交換容量發(fā)展到今天的51.2T交換容量,速率提高了80倍,能耗提升了22倍。這時我們看到一個好消息,也看到一個壞消息:好消息是密度提高,能效提高了,更節(jié)能了;壞消息是單一設(shè)備能耗的絕對值提升了,基礎(chǔ)設(shè)施面臨挑戰(zhàn)。

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從能耗的細(xì)分組成來看,總能耗提升了22倍,而與光電器件相關(guān)的能耗卻提升了26倍之多;實驗數(shù)據(jù)顯示,隨著速率提高,耗能貢獻最大的不是CPU,不是GPU,而是光電轉(zhuǎn)換器件,是光通訊器件。所以通訊能耗增長速率遠遠大于計算處理器的能耗,意味著當(dāng)網(wǎng)絡(luò)向高速邁進時,光通訊技術(shù),以及光電芯片的技術(shù)發(fā)展決定著整個網(wǎng)絡(luò)的能耗。這就是我要給大家的一個提示:重視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗。當(dāng)然,這里的通訊是指廣義的通信,包含了IT設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換和IT設(shè)備外部的傳輸。

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從長期的技術(shù)演進看,ASIC的耗能不再占據(jù)IT設(shè)備耗能的主導(dǎo)地位,此類現(xiàn)象只在IT界存在嗎? 如果把人的大腦與數(shù)據(jù)社會的數(shù)據(jù)中心做類比,人腦是人體耗能最高的單一器官,大約耗掉人體20%的能量。這里面大概有800億到1000億個神經(jīng)元,這些神經(jīng)元主要負(fù)責(zé)計算,仿佛是信息社會的服務(wù)器,那么神經(jīng)系統(tǒng)的組成部分中,那個部分是最耗能的呢?科學(xué)研究表明是軸突和樹突。軸突可以理解為單模光纖完成遠端連接,樹突可以理解為多模光纖完成近端連接,它們一起來完成人腦計算的溝通和通訊。實驗數(shù)據(jù)顯示神經(jīng)元間的通訊耗能竟然是計算耗能的35倍, 我們的大量能量不是用在計算上,而是用在通訊上,用在溝通上,用在連接上!或許超出了各位的傳統(tǒng)認(rèn)知。 正如數(shù)據(jù)中心作為一個高耗能的場地,其帶動和代表著信息社會這個“人體”的智慧程度,同時我們必須重視另一個趨勢:能量不僅僅用于計算上,而是更多地用在連接上。隨著高性能網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,未來數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)通訊的耗能有可能大幅度增加。這是對基礎(chǔ)設(shè)施的挑戰(zhàn)之一。

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“高密度”是確定的,如果有了高密度的交換機,新的架構(gòu)就可以拋棄很多低性能的交換機,被少量高密度高性能的交換機所取代,從而達到低延時,高可用性,節(jié)能,節(jié)省總成本的目的。這就是我提到的第一個確定性-高密度。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化

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再來看第二個確定性,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進。很多年前,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)路在“東西流量”大于“南北流量”的業(yè)務(wù)模型驅(qū)動下,從傳統(tǒng)三層架構(gòu)在向(Leaf-Spine)扁平架構(gòu)推演。而所謂Leaf-Spine是邏輯上的兩層架構(gòu),并非真正的兩層架構(gòu),因為在Leaf-Spine交換機互聯(lián)之下,通常會下掛一個TOR交換機。如果一組服務(wù)器群要連入到Leaf-Spine云中去,它至少跳轉(zhuǎn)了三級設(shè)備區(qū)域:由TOR交換機,到Leaf交換機,最后到Spine交換機。而此時,盡管大容量的交換效率提升了很多,東西流量的可靠性和一致性提升很多,但是依然沒有跳出三層交換的構(gòu)架模型。過去,TOR交換機在數(shù)據(jù)中心中起到有效的服務(wù)器接入作用,在高性能高密度數(shù)據(jù)中心中完成收斂、轉(zhuǎn)發(fā)、匯聚等作用, 功不可沒。直到顛覆性的技術(shù)出現(xiàn),該架構(gòu)將面臨挑戰(zhàn)。

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我們需要顛覆性的技術(shù)就是VSFF,便于中文表述,在這里我把它稱作“微雙工”。它是一種新型連接器,適用于高密度的連接,也是一種網(wǎng)絡(luò)收斂策略,借助于微雙工可以把高速接口分成兩個或四個低速接口,就是“一對二”或“一對四”的連接關(guān)系。四倍速率的確定性因素再次出現(xiàn)。同時,微雙工的出現(xiàn),為“去除TOR”帶來了一個契機。 眾所周知,LC是一種非常普遍的雙工連接器,而微雙工比LC尺寸還要小,配合接口高密度的趨勢,更加微小靈活的連接器應(yīng)運而生,目前國內(nèi)外有很多連接器廠商正在提供自有專利的VSFF接口。如你所知,MPO也是一種高密度接口,那么為何還需要微雙工呢?這里還有一個驅(qū)動因素,那就是靈活性。用一根MPO-LC扇形分支纜,可以形成一對多的分支連接關(guān)系,比如MPO12分為6組LC雙工,但是在MPO側(cè)則是固定的,無法快速拆分與聚合。高密度和靈活性是IT技術(shù)發(fā)展的兩個必要因素和重要因素。

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到了400G/800G時代,微雙工出現(xiàn)后,可以在Leaf/Spine網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中去除TOR置頂交換機。隨著單通道100G的成熟,服務(wù)器接口速率可能提升到100G,這時TOR交換機夾在100G服務(wù)器和400Gleaf交換機之間,只會制約網(wǎng)絡(luò)速率和增加網(wǎng)絡(luò)延時,因此必須去除TOR這一層有源設(shè)備。如果不這樣優(yōu)化架構(gòu),TOR這種過去的“法寶” 將成為今后的桎梏,它帶來了更多的能耗、更多轉(zhuǎn)發(fā)跳轉(zhuǎn)和更大的延時。400G以后的網(wǎng)絡(luò)用物理層的收斂替代數(shù)據(jù)鏈路層的收斂,使得成本更低、能耗更低、密度更高、延時更低。

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去除TOR置頂交換機,作為一個長期目標(biāo)是確定的。這個確定性在布線系統(tǒng)的設(shè)計層面來看將帶來一個更有利的確定性姿態(tài),那就是列中或列頭的布線模式將更有生命力和普適性。通過高速光纖系統(tǒng)來對服務(wù)器群的高速接口收斂接入Leaf/Spine矩陣中,讓網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)極簡,讓網(wǎng)絡(luò)極可靠。這是大勢所趨,這就是我今天提到的第二個確定性--提高物理層的收斂能力。

光纖的節(jié)能選擇

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第三個確定性就是光纖的合理選擇。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的提速,其實和社會交通運輸路網(wǎng)的提速模型如出一轍。三個維度而已:1)提高車速;2)提高車的容量容積;3)提供更多的車道。 PAM4編解碼相當(dāng)于“車”的容量定義;波特率相當(dāng)于車輛的最高時速;光纖通道的并行使用,支持傳輸能力達到2倍、4倍、8倍、16倍的帶寬提升。車已確定,車速也確定,大幅度提高容量的方式只剩下一個:建立更多的通道。光纖系統(tǒng)可以建立更多的物理通道(光纖),也可以建立更多的邏輯通道(光波),從而有了單模和多模的選擇問題,以及微型連接器的選擇問題。 在企業(yè)數(shù)據(jù)中心中,單模和多模光纖系統(tǒng)誰占比更多呢?

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各位是否可以從上圖找到一些確定性的因素?我們至少可以看到兩點:一,多模仍然占據(jù)主導(dǎo)地位;二,并行技術(shù)的增長趨勢更為明顯。也就是MPO形態(tài)的多模和單模預(yù)端接系統(tǒng)都會快速增長。多芯或多波長并行技術(shù)的發(fā)展,就是因為需要建立更多的通道,從而快速達到400G/800G的應(yīng)用。

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多模光纖已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心中被廣泛使用。多模有很多優(yōu)勢,例如成本更低、能耗更低、易于維護等等,所以多模仍然在高速數(shù)據(jù)中心有用武之地。盡管所有的連接任務(wù)單模系統(tǒng)都可以勝任,但是在數(shù)據(jù)中心里面,考慮到從IT側(cè)節(jié)能考慮,IT設(shè)備本身的節(jié)能會對整個機房的總體節(jié)能有非常大的貢獻,多模的收發(fā)器件和多模的光器件對節(jié)能貢獻非常顯著。要節(jié)能,多模必是首選。

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要考慮節(jié)能,必須要重視多模。在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)里,無論400G還是800G,仍然保留著非常多的多模光纖選項。例如400GBAE-SR8, 400GBASE-SR4.2, 800GBASE-SR8等等。

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到了800G時代多模是否會退出市場?事實上在800G的市場里,多模仍然在努力,比如800GBASE-VR8和800GBASE-SR8都是基于8發(fā)8收,借助MPO16的多模光纖技術(shù)線路。前者是50米的應(yīng)用場景,后者是面向100米的應(yīng)用場景。 單模光纖和多模光纖自從光通訊誕生以來就成為彼此成就的兄弟。在數(shù)據(jù)中心里,也是攜手前行。多模系統(tǒng)的優(yōu)勢是節(jié)能,成本低,缺點是距離太短;單模系統(tǒng)應(yīng)用距離非常自由,但缺點是成本高,耗能太高,連接器要求進一步提高。 在兩套技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展過程中,二者也在互相借鑒,互相學(xué)習(xí)。單模和多模是如何互相學(xué)習(xí)呢? 第一,我們剛剛提到,提高“車”的容量,需要優(yōu)化編解碼方式,比如PAM-4比NRZ的信息容量高,但是PAM4對于插入損耗IL和回波損耗RL非常敏感,這就需要在網(wǎng)絡(luò)傳輸中盡量優(yōu)化回波損耗這一參數(shù)。在RL這方面單模過去做得非常不錯,這就是APC端面連接器的廣泛采用。

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但是多模能否也在400G之后,向單模學(xué)習(xí),進一步優(yōu)化傳輸能力,避免回波噪聲所帶來的影響?答案是確定的,多模在學(xué)習(xí)單模,我們創(chuàng)造一種APC斜面研磨面的多模系統(tǒng)來減少回波噪聲的影響,從而可以更好地支持信號完整性,達到更高的帶寬。

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單模之所以在通訊行業(yè)做到長距離,高帶寬的應(yīng)用,激光器和WDM波分復(fù)用技術(shù)功不可沒。那么多模是否可以學(xué)習(xí)借鑒單模的這種波分復(fù)用模式呢,答案是肯定的。光纖科學(xué)家們多年前就已經(jīng)建立了短波分復(fù)用的標(biāo)準(zhǔn)SWDM,攜手OM5寬帶多模光纖,實現(xiàn)4倍帶寬,同時進一步延展應(yīng)用距離。這就是OM5誕生的背景,從而使多模在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域有持久的生命力。OM5的核心問題不僅在于距離,也不僅在于850nm波長的表現(xiàn),還在于850nm之外稍長波長的表現(xiàn),并不是每個廠商的產(chǎn)品都能達到理想模式帶寬。

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多模和單模都有自己的用武之地,尤其多模在節(jié)能方面的表現(xiàn)更好,這里面提到兩個400G應(yīng)用在多模方面的標(biāo)準(zhǔn):400GBASE-SR8和400GBASE-SR4.2,前者消耗更多的光纖,后者推薦配合OM5達到短波分復(fù)用的優(yōu)勢。 在單模應(yīng)用方面,值得注意的是兩個標(biāo)準(zhǔn):400G DR4和400G FR4; 其中400G DR4充分反映了單模也吸收了多模的優(yōu)勢,功率降低,距離縮短。所以數(shù)據(jù)中心行業(yè)特別看好400G DR4的發(fā)展,而且500米可以覆蓋數(shù)據(jù)中心內(nèi)部絕大部場景的應(yīng)用距離。400G DR4是一個好例子,敞開胸懷,吸收對方優(yōu)點,擁抱新技術(shù),可以讓你的數(shù)據(jù)中心更節(jié)能。

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不論是單模系統(tǒng)還是多模系統(tǒng),要做出正確的選擇,必須從設(shè)備成本,布線成本和運維成本三個維度綜合分析。從400G的三款單模和多模網(wǎng)絡(luò)總成本看,上圖展示了全球頭部互聯(lián)網(wǎng)公司采用三種技術(shù)的成本對比,很明顯400G SR8作為多模的代表技術(shù),具有做好的成本優(yōu)勢;對比于企業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心采用三種技術(shù)的成本對比,趨勢沒有變,400G SR8地位也沒有變,依照FR4、DR4和SR8的次序逐步降低。多模的成本優(yōu)勢和節(jié)能優(yōu)勢是確定的。

以不變應(yīng)萬變

尋找確定性。康普經(jīng)過15年以上,與數(shù)據(jù)中心設(shè)計建設(shè)者和使用者的溝通,一直在聽取客戶的反饋,嘗試建立一套適應(yīng)性更強,包容性更強,更易于維護的解決方案。什么樣的光纖方案能把所有的技術(shù),所有的不確定性,融合到一個統(tǒng)一的平臺里呢?

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比如把所有的MPO8/MPO12/MPO16/MPO24等技術(shù)融入進去,把所有的連接器技術(shù)融入進去,把智能化融入進去,綠色環(huán)保的理念融入進去,形成一個統(tǒng)一的解決方案。它就是PROPEL。PROPEL是驅(qū)動力的意思,驅(qū)動數(shù)據(jù)中心進入400G之后的新時代。

以太網(wǎng)速率的提高帶來了技術(shù)的多樣性和需求的多樣性。讓PROPEL滿足多樣性的需求,它有多種不同的模塊選擇,并在一個統(tǒng)一平臺里任意組合,滿足高密度,高性能,智能化,易于維護,易于升級的特性。

如果用一句話概括,今天所講的所有確定性因素,都是為了確定一個綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向。高密度是為了綠色節(jié)能;去TOR架構(gòu)是為了綠色節(jié)能;充分利用多模光纖是為了綠色節(jié)能;建立統(tǒng)一融合的平臺也是為了綠色節(jié)能。所以綠色節(jié)能就是我們確定的追求,謝謝各位!

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:康普吳健:尋找數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的確定性

文章出處:【微信號:康普中國,微信公眾號:康普中國】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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    數(shù)據(jù)中心發(fā)展與改造

    全球多數(shù)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施已超六年,能耗高而效率低。隨著AI的發(fā)展,企業(yè)正致力于整合與提升能效的現(xiàn)代化改造。同時數(shù)據(jù)中心呈現(xiàn)規(guī)模化、高密化、綠色化發(fā)展趨勢。19821800313 一、目
    的頭像 發(fā)表于 02-28 16:50 ?304次閱讀
    <b class='flag-5'>數(shù)據(jù)中心</b><b class='flag-5'>發(fā)展</b>與改造

    禾望電氣澄清數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)傳聞

    正在對數(shù)據(jù)中心相關(guān)業(yè)務(wù)進行前期論證,但目前該業(yè)務(wù)仍處于初步探討階段,尚未有具體的訂單落地。因此,該業(yè)務(wù)未來的發(fā)展存在較大的不確定性。 禾望電氣強調(diào),公司當(dāng)前的生產(chǎn)經(jīng)營活動一切正常,日常經(jīng)營情況并未發(fā)生重大變化
    的頭像 發(fā)表于 01-08 10:32 ?620次閱讀

    AFE5808A串并變換之后數(shù)據(jù)錯位,輸出結(jié)果具有不確定性,為什么?

    AFE5808A串并變換之后數(shù)據(jù)錯位,輸出結(jié)果具有不確定性,求問可能的原因有哪些?
    發(fā)表于 01-01 07:23

    NIDA發(fā)布《智算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)技術(shù)要求》

    Alliance,以下簡稱 “NIDA”)攜手中國信息通信研究院等9家組織成員共同發(fā)布了《智算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)技術(shù)要求》(以下簡稱 “技術(shù)要求”)。該技術(shù)要求明確了智算場景下數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)
    的頭像 發(fā)表于 12-04 11:13 ?722次閱讀

    全球首張!賽思時鐘系統(tǒng)賦能山東省確定性網(wǎng)絡(luò),夯實數(shù)字未來新基座

    全球首張確定性網(wǎng)絡(luò)的高精度時間同步,由賽思打造!
    的頭像 發(fā)表于 11-29 11:13 ?548次閱讀
    全球首張!賽思時鐘系統(tǒng)賦能山東省<b class='flag-5'>確定性</b><b class='flag-5'>網(wǎng)絡(luò)</b>,夯實數(shù)字未來新基座

    攜五大解決方案亮相2024 CDCC數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)大會

    數(shù)據(jù)中心面臨著前所未有的壓力,如更高的計算需求、更低的延遲要求和更節(jié)能的運營模式。因此,產(chǎn)業(yè)發(fā)展的邏輯正在發(fā)生變化,每一位行業(yè)從業(yè)者都需要重新思考如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。 在會議的主旨論壇上,
    的頭像 發(fā)表于 11-24 15:12 ?1169次閱讀

    科技云報到:數(shù)字化轉(zhuǎn)型,從不確定性確定性的關(guān)鍵路徑

    科技云報到:數(shù)字化轉(zhuǎn)型,從不確定性確定性的關(guān)鍵路徑
    的頭像 發(fā)表于 11-16 16:52 ?648次閱讀
    科技云報到:數(shù)字化轉(zhuǎn)型,從不<b class='flag-5'>確定性</b>到<b class='flag-5'>確定性</b>的關(guān)鍵路徑

    簡述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演變

    隨著全球?qū)θ斯ぶ悄埽ˋI)的需求不斷增長,數(shù)據(jù)中心作為AI計算的重要基礎(chǔ)設(shè)施,其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與連接技術(shù)的發(fā)展變得尤為關(guān)鍵。
    的頭像 發(fā)表于 10-22 16:23 ?663次閱讀

    數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品通常包括哪些

    人工智能快速發(fā)展帶來了海量的大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心計算機的需求正在急劇增長。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳遞、加速、展示、計算和存儲等功能。隨著
    的頭像 發(fā)表于 10-11 11:12 ?1312次閱讀
    <b class='flag-5'>數(shù)據(jù)中心</b>產(chǎn)品通常包括哪些

    怎樣保障數(shù)據(jù)中心不間斷電源不斷電 提供可靠安全的供配電#數(shù)據(jù)中心

    數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)
    安科瑞王金晶
    發(fā)布于 :2024年08月29日 14:51:36

    數(shù)據(jù)中心在5G網(wǎng)絡(luò)中的演進與發(fā)展

    幾十年來,數(shù)據(jù)中心一直位于或靠近網(wǎng)絡(luò)中心。對于企業(yè)、電信運營商、有線電視運營商以及近來的Google和Facebook等服務(wù)提供商而言,數(shù)據(jù)中心是IT的心臟和肌肉。云技術(shù)的出現(xiàn)更是彰顯了現(xiàn)代數(shù)
    的頭像 發(fā)表于 08-16 16:02 ?646次閱讀