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        通往10 Gbps以太網的低速之路

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        作者:Bill Woodruff,BitBlitz Communications 時間:2005-09-05 來源:EDN電子設計技術 收藏
        通往10 Gbps以太網的低速之路
        較低的速度通常不能算是創新,但在10 Gbps以太網的領域內,兩種“低速”互連標準,即LX4和CX4,正在降低實現成本,并實現新的應用。

          具有諷刺意味的是,實現 10GE(10 千兆位以太網)連接的主要創新之一是與降低互連速度有關,而不是與提高互連速度有關。兩種新的“低速” PMD(物理媒介相關)標準,即LX4 和 CX4,將在下一代系統中起作用。
          IEEE(電氣和電子工程師協會)在 IEEE 802.3ae 標準中定義了LX4,在該協會最近批準的IEEE 802.3ak 標準中定義了CX4,兩種標準都是 10GE 的物理層實現方法,這兩種方法充分利用公共的 XAUI(10 G比特附加單元接口),從而降低成本,填補重要的應用空白。這兩種標準服務于不同的領域,但它們的實現方法卻有很多相似之處。
          XAUI 是一塊印制電路板內部芯片之間的一種對 IC 友好的連接。10GE 界把 XAUI看作一種連接到 PMD 模塊的方式,并且可以使用它來建立底架之間的 10Gbps 串行連接。不過,LX4 和 CX4 不考慮對串行 10GE 連接的需求,而是采用 4 條并行工作的速度較低的“通道”(3.125Gbps)來達到 10Gbps 帶寬。
          最新企業交換系統中使用的插入式收發器模塊在定義這些 PMD 標準方面起到主要作用。三個 10GE插入式收發器 MSA(多源協議)都提供“低速”XAUI 接口,即Xenpak、X2 和 Xpak,將首先在這些 MSA可創建LX4 和 CX4 兩種標準賴以首先獲得大量應用的平臺。
          隨著企業部署新的系統,企業可能會像配置新系統那樣在系統實現的后期選用哪一種 PMD 模塊來實現新系統。作為經驗法則,企業將從各種能夠與所需媒體一起工作的PMD模塊中為每條 10GE 鏈路選擇成本最低的PMD模塊。LX4 是適合于已安裝的多模光纖 (MMF) 和單模光纖 (SMF) 的唯一選擇,而 CX4 適合于短距離鏈路,而且對媒體類型沒有任何限制。
          LX4 和 CX4兩種 標準都依賴“再定時”原理。按照再定時原理,被傳輸的數據要按照本地的時鐘源再定時——按照本地定時域(晶振)來重新設置抖動預算。這種方法利用 10GE 中的 IPG(包間間隔),從而允許插入和刪除空閑列來消除輸入數據和本地時鐘源之間的小小頻差。重定時在 LX4 和 CX4 應用中起著關鍵作用。
          面向 MMF 的 LX4
          網絡工程師并不把 10GE 鏈路僅僅用于遠距離系統。他們還把10GE 鏈路安裝在數據中心等設施內。事實上,正在使用的 10GE 端口中, 50%以上都用在本地短距離鏈路中。在 FDDI(光纖分布式數據接口)時代安裝的MMF非常適合于1 Gbps以太網,并能達到 3.125Gbps的數據速率。但它幾乎不能進行 10Gbps 串行通信,其原因在于模態色散,多模光纖中的各個模態會使接收到的脈沖“展寬”。
          所有數據速率都會發生模態色散,色散絕對數量幾乎相同。問題在于,在數據速率為 10Gbps時,串行模態色散占據 100 皮秒“眼”的大部分,從而使100皮秒“眼”在 20M~30M MMF以后閉合。不幸的是,在最近這些年,MMF 應用于建筑物地板內和樓梯豎板內的水平裝置中。很多裝置可能而且的確有長達 300M的 MMF。這種情況會使這些裝置無法實現 10Gbps 串行通信。對于那些想升級到下一代系統的數據中心來說,這是個大問題。
          LX4可借助四條數據速率為3.125Gbps 的通道中的每一條來 實現 10GE。模態色散仍然會發生,但較大的 320 ps“眼”允許使用長得多的光纖。符合規范的 LX4 模塊將綽綽有余地達到 802.3ae 標準規定的 240M~ 300M MMF長度極限。事實上, 等廠商已在現有 MMF 上驗證了長達 2km的鏈路。
          具體說明LX4 的最佳方法是采用 MSA 收發器,如Xenpak。Xenpak 的電輸入端是 XAUI。首先,電路對四條 3.125Gbps 通道重新定時,然后每條通道驅動一個激光器。最后,一個波分復用器把這四個入(波長)組合在一起,在單根光纖上傳輸(圖 1)。

        圖 1 , 在一個 LX4 模塊中,波分復用器把四個波長組合在一起,在一根光纖上傳輸。


          四個光發射器必須滿足挑戰性的規范。這四個波長的中心彼此距離25nm,寬度約13nm。DFB(分布式反饋)激光器具有 LX4 系統必需的特性。
          激光源、檢測器和 WWDM(寬波分復用)光學元件三者封裝的進展已使實現LX4所需的物理空間大大縮小。為了符合 LX4 和 MSA兩方面的要求,需要使用一些 IC ,芯片制造商們在這些IC方面取得了重要進展。由于取得這些進展,廠商們不僅正在 設計 Xenpak,而且還在為LX4設計更小的 X2 和 Xpak 模塊。
          LX4 的一些支持者還將LX4推廣應用于距離 10km~40km公里的單模光纖系統。人們往往把 10Gbps 串行 LR(1310nm串行 LAN PHY)和ER(1550nm串行 LAN PHY)PMD 標準看作 10km距離的“基線”方法。但是,LX4 提供一種很有吸引力的替代方法:一種 PMD 標準既能解決 300M MMF 問題,又能解決 10 公里 SMF問題。
          面向短距離應用的 CX4
          CX4擬應用于最短的連接。大多數現代化系統廣泛采用 XAUI,并將XAUI 用于 10GE轉發器模塊連接,更有吸引力的不是把 XAUI I/O 轉換成10Gbps 串行I/O,供短距離連使用,而是在直接與 XAUI I/O連接。當然,連接器和相關的電纜產生的電損會超過正常的驅動XAUI I/O 元件時的電損耗。
          行業領頭人已經認識到開放式電連接標準的重要性,因此 IEEE 開發了 802.3ak 標準。CX4的目標是在數據中心內的系統實現長達15M的低成本的電連接。該標準組織希望這項標準很健全,并非常適用于隔板型系統和 Xenpak 等轉發器模塊。
         CX4 驅動器的電“輸入端”可能是 XAUI。CX4 使用借自 Infiniband 系統的一個連接器和一條電纜。CX4 電纜連接包括每個方向中的四對屏蔽雙軸電纜。
        較低的速度通常不能算是創新,但在10 Gbps以太網的領域內,兩種“低速”互連標準,即LX4和CX4,正在降低實現成本,并實現新的應用。

          具有諷刺意味的是,實現 10GE(10 千兆位以太網)連接的主要創新之一是與降低互連速度有關,而不是與提高互連速度有關。兩種新的“低速” PMD(物理媒介相關)標準,即LX4 和 CX4,將在下一代系統中起作用。
          IEEE(電氣和電子工程師協會)在 IEEE 802.3ae 標準中定義了LX4,在該協會最近批準的IEEE 802.3ak 標準中定義了CX4,兩種標準都是 10GE 的物理層實現方法,這兩種方法充分利用公共的 XAUI(10 G比特附加單元接口),從而降低成本,填補重要的應用空白。這兩種標準服務于不同的領域,但它們的實現方法卻有很多相似之處。
          XAUI 是一塊印制電路板內部芯片之間的一種對 IC 友好的連接。10GE 界把 XAUI看作一種連接到 PMD 模塊的方式,并且可以使用它來建立底架之間的 10Gbps 串行連接。不過,LX4 和 CX4 不考慮對串行 10GE 連接的需求,而是采用 4 條并行工作的速度較低的“通道”(3.125Gbps)來達到 10Gbps 帶寬。
          最新企業交換系統中使用的插入式收發器模塊在定義這些 PMD 標準方面起到主要作用。三個 10GE插入式收發器 MSA(多源協議)都提供“低速”XAUI 接口,即Xenpak、X2 和 Xpak,將首先在這些 MSA可創建LX4 和 CX4 兩種標準賴以首先獲得大量應用的平臺。
          隨著企業部署新的系統,企業可能會像配置新系統那樣在系統實現的后期選用哪一種 PMD 模塊來實現新系統。作為經驗法則,企業將從各種能夠與所需媒體一起工作的PMD模塊中為每條 10GE 鏈路選擇成本最低的PMD模塊。LX4 是適合于已安裝的多模光纖 (MMF) 和單模光纖 (SMF) 的唯一選擇,而 CX4 適合于短距離鏈路,而且對媒體類型沒有任何限制。
          LX4 和 CX4兩種 標準都依賴“再定時”原理。按照再定時原理,被傳輸的數據要按照本地的時鐘源再定時——按照本地定時域(晶振)來重新設置抖動預算。這種方法利用 10GE 中的 IPG(包間間隔),從而允許插入和刪除空閑列來消除輸入數據和本地時鐘源之間的小小頻差。重定時在 LX4 和 CX4 應用中起著關鍵作用。
          面向 MMF 的 LX4
          網絡工程師并不把 10GE 鏈路僅僅用于遠距離系統。他們還把10GE 鏈路安裝在數據中心等設施內。事實上,正在使用的 10GE 端口中, 50%以上都用在本地短距離鏈路中。在 FDDI(光纖分布式數據接口)時代安裝的MMF非常適合于1 Gbps以太網,并能達到 3.125Gbps的數據速率。但它幾乎不能進行 10Gbps 串行通信,其原因在于模態色散,多模光纖中的各個模態會使接收到的脈沖“展寬”。
          所有數據速率都會發生模態色散,色散絕對數量幾乎相同。問題在于,在數據速率為 10Gbps時,串行模態色散占據 100 皮秒“眼”的大部分,從而使100皮秒“眼”在 20M~30M MMF以后閉合。不幸的是,在最近這些年,MMF 應用于建筑物地板內和樓梯豎板內的水平裝置中。很多裝置可能而且的確有長達 300M的 MMF。這種情況會使這些裝置無法實現 10Gbps 串行通信。對于那些想升級到下一代系統的數據中心來說,這是個大問題。
          LX4可借助四條數據速率為3.125Gbps 的通道中的每一條來 實現 10GE。模態色散仍然會發生,但較大的 320 ps“眼”允許使用長得多的光纖。符合規范的 LX4 模塊將綽綽有余地達到 802.3ae 標準規定的 240M~ 300M MMF長度極限。事實上, 等廠商已在現有 MMF 上驗證了長達 2km的鏈路。
          具體說明LX4 的最佳方法是采用 MSA 收發器,如Xenpak。Xenpak 的電輸入端是 XAUI。首先,電路對四條 3.125Gbps 通道重新定時,然后每條通道驅動一個激光器。最后,一個波分復用器把這四個入(波長)組合在一起,在單根光纖上傳輸(圖 1)。

        圖 1 , 在一個 LX4 模塊中,波分復用器把四個波長組合在一起,在一根光纖上傳輸。


          四個光發射器必須滿足挑戰性的規范。這四個波長的中心彼此距離25nm,寬度約13nm。DFB(分布式反饋)激光器具有 LX4 系統必需的特性。
          激光源、檢測器和 WWDM(寬波分復用)光學元件三者封裝的進展已使實現LX4所需的物理空間大大縮小。為了符合 LX4 和 MSA兩方面的要求,需要使用一些 IC ,芯片制造商們在這些IC方面取得了重要進展。由于取得這些進展,廠商們不僅正在 設計 Xenpak,而且還在為LX4設計更小的 X2 和 Xpak 模塊。
          LX4 的一些支持者還將LX4推廣應用于距離 10km~40km公里的單模光纖系統。人們往往把 10Gbps 串行 LR(1310nm串行 LAN PHY)和ER(1550nm串行 LAN PHY)PMD 標準看作 10km距離的“基線”方法。但是,LX4 提供一種很有吸引力的替代方法:一種 PMD 標準既能解決 300M MMF 問題,又能解決 10 公里 SMF問題。
          面向短距離應用的 CX4
          CX4擬應用于最短的連接。大多數現代化系統廣泛采用 XAUI,并將XAUI 用于 10GE轉發器模塊連接,更有吸引力的不是把 XAUI I/O 轉換成10Gbps 串行I/O,供短距離連使用,而是在直接與 XAUI I/O連接。當然,連接器和相關的電纜產生的電損會超過正常的驅動XAUI I/O 元件時的電損耗。
          行業領頭人已經認識到開放式電連接標準的重要性,因此 IEEE 開發了 802.3ak 標準。CX4的目標是在數據中心內的系統實現長達15M的低成本的電連接。該標準組織希望這項標準很健全,并非常適用于隔板型系統和 Xenpak 等轉發器模塊。
         CX4 驅動器的電“輸入端”可能是 XAUI。CX4 使用借自 Infiniband 系統的一個連接器和一條電纜。CX4 電纜連接包括每個方向中的四對屏蔽雙軸電纜。


        關鍵詞: Emcore公司

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