由於業界對於雲端計算和儲存需求面臨史無前例地成長，使得資料中心以幾何級數的速度大幅地擴展和增加。幾年前，Gigabit(Gb)交換機的規模還能夠滿足所需，但今天，即使是採用3.2T(Terabit, Tb)交換機為基礎架構的資料中心設施，其容量也面臨即將滿載的程度。
當網路需求增加的同時，摩爾定律(曾有效地定義了半導體產業)已經無法繼續維持它的週期。除了提高晶片密度之外，資料中心也必須持續地進行擴展，而這意味著不斷增長的投入資本、營運成本以及更多的延遲問題。唯有採取不同的技術途徑，才能夠達到經濟實惠的預期目標，以及具備未來增長的能力，可預見今後的資料中心必須要邁向模組化發展(圖1)。
 |
| 圖1 模組化設計將成為未來資料中心發展的解答。 |
資料中心擴展加溫 模組化設計穿針引線
隨著更多的服務以及數據儲存需求開始轉移到雲端，資料中心必須大幅度提高網路的容量，相對於容量需求的增加也導致需要更多的晶片來支援相關業務。
為了滿足日益增加的網路容量需求，資料中心採用功能更強大的機架頂端式(Top-of-Rack, ToR)的枝葉交換機(Leaf Switches)。然而，這些設備會消耗更多的功率，影響整體功率預算分配，同時意味著能留給資料中心伺服器的功率更少。這不僅導致電力不必要地浪費，還會造成相關溫度管理成本和整體營運支出的攀升。此外，為滿足這些資料中心的需求進行擴展，通常不得不在架構中增加更複雜的階層結構，因而在過程中增加了縱向和橫向的通訊延遲。
目前矽晶片的邏輯閘單價(Silicon per Gate)已難再下降。以往產業習慣成本隨半導體製程降低，從90nm發展到65nm和40nm，但現在已經無以為繼。當製程尺寸從28nm繼續再減少時，將面臨到良率的下降，致使價格也會隨之上漲。為了解決雲端資料中心的規模問題，傳統方法已難以適用，需要採取模組化的方法解決網路問題。
PIPE/橋連接埠簡化資料中心設計
今天的資料中心通常是以多階層枝葉和骨幹式架構分層運行，帶有ToR的機架頂交換器連接到網路骨幹交換機，這些隨後又連接到核心交換機，而後連接到網際網路。骨幹和架頂層元件都需要網管型的交換機。
通過採用模組化方法可以取代ToR交換機，並將其替換為連接埠擴展器等簡單的I/O設備。這種方式能夠有效地將骨幹交換機延伸到ToR的連接埠進行擴展，形成一個簡易的被動式ToR，它只需將數據包傳送到主幹交換機。此外，藉由在管理架構上將此階層去除，網路結構變得更加扁平化，因此更容易管理。
在此架構下，現行的骨幹交換機成為控制橋接器，它能夠管理以前ToR交換機的網管功能。通過這種安排，可以將ToR交換機定位成網路的I/O連接埠，管理功能集中在骨幹交換機。現已有廠商，如Marvell能夠提供越來越多與IEEE 802.1BR橋連接埠擴展標準相容的連接埠擴展器和控制橋接器，從而促進了這種創新的模組化實現。
採用模組化連接埠擴展器和控制橋接器的技術方法能夠解決資料中心擴展所面臨的深度和廣度的挑戰。連接埠擴展器使結構階層更加扁平化以降低延遲，與傳統採用的「枝葉」和「骨幹」的方式不同－連接埠擴展器只是將骨幹交換機的I/O連接埠擴展到ToR，機架的每個伺服器都與管理交換機有近乎直接的連接，如此可改善縱向通訊的延遲問題。
連接埠擴展器還可以整合10Gb乙太網路連接埠的流量匯總為更高流量的輸出，允許只有25、40或100Gb的兆位元交換機直接與10Gb乙太網路周邊設備進行Tb單位的資料通訊。
與網管型的交換機相比，被動連接埠擴展器是一個非常簡化的設備，這意味著僅須較少的前期成本、更低的功率以及簡化的網路管理機制。網路管理因而不需要考慮骨幹和枝葉交換機，只需專注於骨幹層受管控的交換機。網路容量提昇的需求永無止境，資料中心的擴展會面臨越來越大的挑戰，模組化方法將是可以確信的解決之道。
(本文作者分別為Marvell資深產品經理與Marvell網路暨連接部門技術長)