为何新一代Nexus9500模块化交换机采用“无中板”架构设计？

       “高性能系统”的其中一个特性必然包括把尽量多的模块塞在尽量小的机箱中。但“高性能”的事实意味着它们产生大量的热。冷却它们成为一个重要的设计问题。

      在传统的机箱架构中，板卡插入所谓的“背板”（backplane），因为它驻留在机箱的后方、背部。这不仅连接了所有板卡在机箱中，也同时提供物理支持。但当数据传速率增加、和更高密度导致的各种电子干扰，信号要通过板卡与板卡之间的距离逐渐变成一个难题。在过去的几年中，高密度、高带宽网络的需求增长已令系统里的信号完整性变得更重要。高速网络通常需要紧密耦合的高速链路，这种更高的密度会导致噪声，串扰和信号衰减，而“背板”架构里的电缆及电路板材料的较长链路会放大了数据传输和信号完整性的问题。由于信号完整性对于产品性能和可靠性极为重要，通信系统部件和智能设备的设计人员需要找到有效的解决方案来应对这些挑战是刻不容缓的。为克服这些距离的限制，“中板”架构（mid-plane）给开发出来了。中板架构可以让不同的模块连接在中板的两边，有效缩短了模块之间的最远距离。可是由于中板的平面位于在机箱的中间，它会明显影响气流并因此影响冷却效率;所以有些“中板”架构的系统会有两套（正面和背面）的独立冷却系统。

      为了解决“中板”跟“背板”的缺点，业内已开发一种“正交”直接连接器体系结构（OrthogonalConnectors Systems）。简单来说，“正交”架构里的模版分成“横插”和“竖插”两种，前排的“横插”和后排的“竖插”通过“正交连接器”做十字型直接互交。因为再没有中板阻碍空气流通，“正交直接连接”的设计拥有更简单的散热机制，也可以直接解决高速通道里的气流，串扰和电容限制。这种架构将会在下一代高性能计算系统和数据通信系统中使用得越来越多，因为“正交”缩短了矩阵通道的需求，让设计人员能有效提升电路板的密度。“正交”连接方式可以比传统的背板方式降低约50％的整体走线长度。此外，设计人员还可以使用这种架构来实现将来的系统升级而无需更改基础架构。譬如说想从40G迁移到100G，设计人员可以只更换板卡就完成了升级、而不需要更换机箱。

      思科全新一代的Nexus9500数据中心核心交换机正是业界第一台“正交”架构的模块化交换机，全系列（Nexus9504，Nexus9508，Nexus9516）都采用了“无中板”设计，实现：

 - 更好的冷却（BetterCooling）

 - 更有效的用电 (Increased PowerEfficiency)

 - 更高的MTBF （HigherMean-Time-Between-Failure）

 - 更自由的扩容（UnrestrictedScale）

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