通信系统设计中串行链路的优劣势探讨
第一节 引言
传统上,通信系统的速度极限是1Gbps。然而今天的通信系统正不断地冲击着这个"壁垒",其速度要求远远超过了1Gbps。总线速度一般是由可扩展性、带宽、可靠性和距离需求决定的。即使是PCI-X这个最新版本的PCI,预计其最高速度也仅仅略高于1GBps。
共享总线拓朴结构的主要局限是I/O速度不够高和距离有限。可靠性是共享总线与生俱来的问题,因为任一管脚或连接失效,都会引起整个接口的失效。共享总线缺乏扩展性和I/O能力,无法将服务器组和存储设备组组合,变成相互之间有一定距离的多个服务器组。
目前需要一种新的模式、以更少的I/O数和更高的可靠性来实现芯片之间和线路板内的高速通信。
第二节 一种新方法
串行链路是一种用于PCB迹线、铜缆或光介质的解决方案,能取代传统的机箱内（即PCI）和机箱间（即以太网或光纤通道）标准。InfiniBand或千兆以太网等更新的接口有可能用在高速应用上。
第三节 通信系统设计中串行链路的灵活性
与并行总线相比,串行链路能提供极大的灵活性,按照所用介质的不同,其灵活程度有所差异。光纤通道和千兆以太网标准都规定了与光纤和铜缆的接口。
仅通过切换端口上的模块类型,用户就可以用基于模块的串行连接器实现在铜缆和各种光缆之间的切换。例如,千兆以太网接口转换器（GBIC）模块是可热插拔的,它可通过仅改变模块来轻易实现介质转换。这种模块还可与插座盲配,使用户能方便地替换（或测试）板上有缺陷的模块。系统完成设计并安装以后,用户仍可以在光缆和铜缆之间切换。这是目前的并行底板技术不可能做到的。
第四节 通信系统设计所采用的标准
下面探讨一些目前正在使用或开发的更为流行的通信技术以及它们的优势与劣势。
Infiniband
Infiniband是最近开发的,用于服务器和外设的高速互连。它的核心是分布式I/O,解决服务器之间或服务器到存储设备、交换机等外设的连接问题。以太网和光纤通道标准目前在这一应用领域占主导地位。根据Infiniband的定义,它也是一种机箱内连接协议。但是与这一协议有关的总体软件开销最初将使Infiniband限于机箱间而不是机箱内的连接应用。
Infiniband是一种交换结构I/O,源和目的地通过纵横制交换网络和点到点链路动态连接,因而提供了极好的电气特性和工作频率。因为交换机具有动态拓朴结构,所以数据能通过几个可能的通路在任意节点之间传输,也就是说,系统可以绕过失效节点路由数据。
Infiniband最低限度允许在4条钟频2.5GHz的线（两条用于发送,两条用于接收）上提供全双工250MB/s带宽。Infiniband规范还允许采用x4和x12链路,组合使用4或12条并行的基本链路。Infiniband采用IBM 8B/10B编码方法,在单个差分对上传递数据、控制信息和时钟。
光纤通道
光纤通道是一种已确立的分布式I/O接口,用于服务器与磁盘存储设备的连接。由于它的软件开销较小,所以它的时延较低,带宽效率较高。光纤通道与以太网类似,但缺少IP堆栈。光纤通道目前采用1Gb/s或2Gb/s物理层,提供100MB/s到200MB/s带宽。
千兆以太网
千兆以太网（802.3z）是流行的以太网（802.3 10 Base）和快速以太网（802.3 u 100 Base）标准的扩展。千兆以太网提高了数据速率并扩展了为较早的1Gb/s速率标准定义的信号传输约定,与较早的以太网标准向后兼容。千兆介质无关接口（GMII）是为多种类型的光纤介质和铜缆定义的。
光纤千兆以太网（802.3z）和光纤通道都使用8B/10B编码方法,为数据流中的1和0提供相等的转换密度。这么做是为了保证能从数据中恢复出时钟。
其他标准
SMPTE是用于视频通信的串行标准。SMPTE-292工作速率1.482Gbps,其应用之一是传送非压缩HDTV信息。
图1 今天的通用端口和底板标准的带宽需求
下一代技术的发展计划
千兆以太网和光纤通道都已经确定了下一代技术的发展计划。光纤通道有望在2002年达到1.25GB/s,其物理层工作在10Gb/s。目前已经有了10千兆以太网的建议标准,预计明年获
