Làm thế nào là 10G Ethernet vật lý có thể? [đóng cửa]

10 gigabit Ethernet có nghĩa là 10 tỷ bit được truyền mỗi giây, nhưng tôi không hiểu làm thế nào điều này có thể thực hiện được (huống chi là 100G Ethernet). Các CPU nhanh nhất hiện nay chỉ chạy ở tốc độ ~ 8 GHz, nhưng ngay cả khi truyền không yêu cầu CPU, nó vẫn có vẻ có vấn đề.

Ở tốc độ 10G, mỗi bit chỉ tồn tại 100 picos giây và trong khoảng thời gian đó, tôi sẽ nghĩ rằng độ trễ của cổng trở thành một vấn đề. Không đơn giản như đặt một đường cao hay thấp cho mỗi bit, chắc chắn hàng trăm bóng bán dẫn được yêu cầu để tạo ra dạng sóng Ethernet phức tạp.

Điều này có vẻ giống như nhiều vấn đề hơn ở đầu nhận, vì dạng sóng phải được lấy mẫu ở tốc độ rất cao và nếu điều này sử dụng ADC, điều đó sẽ gây ra độ trễ nhiều hơn.

Đuổi theo câu trả lời này đã mất một vài liên kết khác nhau, nhưng dường như nó đã sôi lên:
1. 4 cặp vi sai (tổng cộng 8 dây, nhưng chỉ có 4 làn).
2. Biểu tượng 800 Mega một giây.
3. Sử dụng PAM16, 16 ký hiệu được sử dụng để chuyển thành 4 bit trên mỗi baud trên mỗi làn.

Cho rằng thông tin bạn đưa ra với 4 bit * 800 Mhz * 4 làn dẫn đến 12800 Mb / giây hoặc 12,8 Gb / s. Do mã hóa sửa lỗi và chi phí khác, họ chỉ mong bạn nhận được 10 Gb / s từ nó.

Lưu ý rằng bản thân các dây chỉ thay đổi ký hiệu hoặc biên độ ở tần số 800 MHz. Đó là khá meh, về tốc độ chuyển đổi cho bóng bán dẫn.

Bây giờ đó là tất cả cho Ethernet 10Gb. Làm thế nào họ làm điều đó cho Ethernet 100Gb là một chút phiền phức hơn. Cho rằng, dường như họ thực sự làm Tăng tần số 10,3 GHz hoặc 25GHz . CÁI GÌ? Xem tại đâycho cái bàn đó Sự khác biệt về tần số là do bạn chọn có bao nhiêu làn dữ liệu cặp đồng. Có hay không có ai thực sự tạo ra ethernet 25GHz bằng đồng này sẽ rất thú vị để biết. Có thể là họ đã chỉ ra nó. Khi bạn bắt đầu nhận được các tần số đó, cáp của bạn cần phải thực sự ngắn hoặc bạn chỉ cần chuyển sang sử dụng sợi quang nơi bạn có thể gửi hàng trăm chùm ánh sáng xuống một sợi quang. Theo cách đó, bạn không cần phải đi với tốc độ điên cuồng, bạn chỉ cần song song hóa dữ liệu của mình tại nguồn và hủy song song dữ liệu đó tại điểm đến.

Tài liệu tham khảo nếu bạn muốn tìm hiểu thêm: https://en.wikipedia.org/wiki/10_Gigabit_Ethernet#Copper
https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-amplitude_modulation
http : //www.c bậtinstall.com/ bài viết / in / tập-15 / vấn đề-7 / tính năng / công nghệ / xoắn-cặp-tùy chọn-cho-10-gigabit-ethernet.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_signaling

Ethernet 10G (như được mô tả bởi các câu trả lời khác) không thực hiện chuyển đổi tín hiệu ở tốc độ 10 GHz, nó sử dụng mã hóa nhiều cấp trải rộng trên 4 cặp để đạt được 10 Gb / s.

Tuy nhiên, 10+ bộ thu phát nối tiếp gigabit khá phổ biến trên các chip tốc độ cao. Ví dụ, PCIe, USB3.1, thunderbolt và các giao thức tương tự đều sử dụng tốc độ nối tiếp 10 gbit / s trên các cặp riêng lẻ.

Bạn đúng rằng logic "số lượng lớn" không thể theo kịp tốc độ dữ liệu đó. Chắc chắn các lõi CPU không hoạt động ở tần số đó, nhưng ngay cả logic thực hiện những thứ như giao diện PCIe cũng không thể hoạt động ở tốc độ đó. Thay vào đó họ sử dụng SERDES tốc độ cao chuyên dụng.

Dữ liệu được định tuyến với IC trong các xe buýt song song rộng. Một phần cứng chuyên dụng thực hiện chuyển đổi nối tiếp song song hoặc song song sang nối tiếp ngay gần đầu vào / đầu ra. SERDES thực hiện tối thiểu tuyệt đối logic thực tế. Máy phát rất đơn giản. Nó sẽ có PLL để tạo đồng hồ dữ liệu nối tiếp tốc độ cao và song song với logic nối tiếp. Người nhận phức tạp hơn, họ cần thực hiện khôi phục đồng hồ trên dữ liệu đến và cũng phát hiện khung để đảm bảo rằng các bit được nhóm đúng. Nói chung, chỉ một chút logic phải hoạt động ở tốc độ cực cao. Có, độ trễ lan truyền qua các chuyển tiếp là vô cùng quan trọng và mạch phải được thiết kế cẩn thận để tất cả các tín hiệu xếp thành đúng.

Rất nhiều liên kết Ethernet 10 GB / giây thực sự là quang học (ví dụ 10GBASE-SR hoặc 10GBASE-LR, xem https://en.wikipedia.org/wiki/10_Gigabit_Ethernet ) mặc dù cũng có 10GBASE-T qua cáp đôi xoắn với 8P8C ( Các đầu nối 'RJ45') như được mô tả bởi @horta. Theo như tôi biết thì điều này khá đói so với các biến thể quang học.

Việc truyền dữ liệu từ CPU (hay đúng hơn là bộ nhớ) sang thẻ Ethernet thường xảy ra thông qua bus PCIe trong máy tính dựa trên x86. Làn đường PCIe Gen 1 có tốc độ truyền dữ liệu có thể sử dụng là 2 Gbit / giây (sau khi mã hóa 8/10 bit). Với 8 làn, tối đa theo lý thuyết là 16 GBit / giây (mỗi hướng), đủ để lái một cổng Ethernet 10 GB / giây.

CPU gửi dữ liệu được truyền vào RAM và sau đó hướng dẫn card mạng nơi nhận (DMA) và tương tự để nhận CPU phân bổ bộ đệm và thông báo cho card mạng về nó khi đó thường tạo ra một ngắt khi bộ đệm ) đã được lắp đầy. Lưu ý rằng băng thông đến RAM thường lớn hơn nhiều so với bus PCIe.

Ngày nay, chúng tôi có sẵn PCIe Gen 3 với tốc độ dữ liệu có thể sử dụng khoảng 8 GBit / giây trên mỗi làn và hướng. Về mặt lý thuyết, một khe 16 làn có thể xử lý 128 GBit / giây, đủ cho Ethernet 100 GBit / giây (PCIe Gen 4 đã được công bố chính thức gần đây).

Vì vậy, 'mẹo' để đạt được thông lượng cao bên trong PC (mà không cần phải đi đến tốc độ tín hiệu cắt cổ) là sử dụng các bus song song (RAM) hoặc nhiều làn nối tiếp (PCIe).

Đối với Ethernet 100 Gbit / s, thông thường có bốn liên kết với tốc độ báo hiệu 25 GBaud (100GBASE-SR4, 100GBASE-LR4, 100GBASE-CR4), cũng có một tiêu chuẩn cho cáp có mười liên kết (ví dụ: cặp sợi) 10 Gbit / s (100GBASE-CR10, 100GBASE-SR10, 100GBASE-CR10). Đối với các liên kết khoảng cách dài hơn, cũng có các tiêu chuẩn chỉ sử dụng một sợi quang, sử dụng bốn bước sóng (100GBASE-CWDM4) hoặc sử dụng hai chế độ phân cực và QPSK (100GBASE-ZR).

Đối với tốc độ liên kết cực cao so với các liên kết đường dài (như cáp xuyên Đại Tây Dương với 20 Terabit / s trên mỗi cặp sợi), một gói càng nhiều máy phát ở các bước sóng khác nhau càng tốt vào dải bước sóng có thể sử dụng của các sợi và bộ khuếch đại, còn được gọi là Dense Ghép kênh phân chia bước sóng (DWDM). Lưu ý rằng bộ ghép kênh / bộ tách kênh như vậy thường là một thiết bị quang duy nhất ở lõi của nó và được cung cấp bởi nhiều luồng băng thông thấp hơn có thể được xử lý song song bằng điện tử.

Để đạt được 20 TBit / giây, sau đó cũng phải sử dụng các kỹ thuật điều chế tiên tiến trong đó ở mỗi chu kỳ đồng hồ có thể truyền nhiều biên độ và pha (tôi đã thấy 64QAM trong một whitepaper ) do đó truyền nhiều bit trên mỗi chu kỳ xung nhịp, tương tự như tiêu chuẩn 10GBASE-T được mô tả bởi @horta.