10G Ethernet fiziksel olarak nasıl mümkün olabilir? [kapalı]

10 gigabit Ethernet, her saniyede 10 milyar bit iletildiği anlamına gelir, ancak bunun fiziksel olarak nasıl mümkün olduğunu anlamıyorum (100G Ethernet hariç). Günümüzde en hızlı CPU'lar sadece ~ 8GHz'de çalışıyor, ancak iletim bir CPU gerektirmiyor olsa bile, yine de problemli görünüyor.

10G'de, her bit yalnızca 100 pikosaniye sürer ve bu süre zarfında geçit gecikmelerinin bir sorun olacağını düşünüyorum. Her bit için yüksek veya düşük bir çizgi ayarlamak kadar basit değildir, karmaşık Ethernet dalga formunu çıkarmak için mutlaka yüzlerce transistör gerekir.

Dalga formunun çok yüksek bir hızda örneklenmesi gerektiğinden ve bu ADC'leri kullanıyorsa, daha da fazla gecikmeye neden olan bu durum, alıcı tarafta daha da büyük bir sorun gibi görünüyor.

Bu cevabı kovalamak birkaç farklı bağlantıya sahipti, ancak buna bağlı gibi görünüyor:
1. 4 diferansiyel çifti (toplam 8 tel, ancak sadece 4 şerit).
2. 800 Mega Symbols bir saniye.
3. PAM16 kullanarak, şerit başına baud başına 4 bite çevrilen 16 sembol kullanılır.

Bu bilgiyi verdiğinizde 4 bit * 800 Mhz * 4 şeritli çıktınız ve bu da 12800 Mb / s veya 12.8 Gb / s. Hata düzeltme ve diğer ek yüklerin kodlanması nedeniyle, yalnızca ondan 10 Gb / sn almanızı beklerler.

Tellerin kendilerinin yalnızca 800 MHz frekansındaki sembolleri veya genliği değiştirdiğine dikkat edin. Transistörler için anahtarlama hızları açısından bu oldukça meh.

Şimdi hepsi bu 10 Gb Ethernet için. 100 Gb Ethernet için nasıl yaptıkları biraz daha akıl almaz. Bunun için frekansı 10,3 GHz veya 25GHz'e yükseltiyorlarmış gibi görünüyor . BU DA NE? Buraya bakbu tablo için. Frekanstaki fark, kaç tane bakır çifti veri şeridine sahip olmayı seçtiğinizden kaynaklanmaktadır. Birisinin 25 GHz'lik bu ethernet'i bakır yapıp yapmadığını bilmek ilginç olurdu. Sadece açıklamış olmaları mümkün. Bu frekanslara girmeye başladığınızda, kablolarınızın ya gerçekten kısa olması ya da sadece tek bir fiberden yüzlerce ışık demeti gönderebileceğiniz fiber optiğe geçmeniz gerekir. Bu şekilde, çılgın hızlarda gitmeniz gerekmez, verilerinizi kaynağında paralelleştirir ve hedefe göre ayırırsınız.

Daha fazla araştırmak istiyorsanız Referanslar: https://en.wikipedia.org/wiki/10_Gigabit_Ethernet#Copper
https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-amplitude_modulation
http://www.cablinginstall.com/ makaleler / baskı / cilt-15 / sayı-7 / özellikler / teknoloji / bükümlü çift seçenekleri-için-10-gigabit-ethernet.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_signaling

10G ethernet (diğer cevaplarla tanımlandığı gibi) 10 GHz'de sinyal geçişleri yapmaz, 10 Gb / s'ye ulaşmak için 4 çift boyunca yayılmış çoklu seviye kodlama kullanır.

Bununla birlikte, 10+ gigabit seri alıcı vericileri, yüksek hızlı çiplerde oldukça yaygındır. Örneğin, PCIe, USB3.1, yıldırım ve benzeri protokollerin tümü tek tek çiftlerde 10 gbit / s seri hızı kullanır.

"Toplu" mantığın bu veri hızına ayak uyduramadığı konusunda haklısın. Kesinlikle CPU çekirdeği bu frekansta çalışmıyor, ancak PCIe arayüzleri gibi şeyleri uygulayan mantık bile bu hızda çalışamıyor. Bunun yerine özel yüksek hızlı SERDES kullanıyorlar.

Veri geniş paralel veri yollarında IC ile yönlendirilir. Özel bir donanım parçası seri / paralel veya seri / paralel-seri dönüşümü giriş / çıkışın hemen yanında yapar. SERDES mutlak minimum gerçek mantığı yapar. Vericiler çok basittir. Yüksek hızlı seri veri saatini ve seri mantığa paralel üretmek için bir PLL'ye sahip olacaktır. Alıcılar daha karmaşık, gelen verilerde saat kurtarma ve bitlerin doğru bir şekilde gruplandırıldığından emin olmak için çerçeveleme tespitini yapmaları gerekiyor. Sonuç olarak, sadece çok küçük bir mantık ultra yüksek hızda çalışmalıdır. Evet, geçişler sırasında yayılma gecikmeleri son derece önemlidir ve tüm sinyallerin doğru şekilde hizalanması için devrenin dikkatlice tasarlanması gerekir.

10 GB / sn'lik Ethernet bağlantılarının çoğu gerçekte optiktir (ör. 10GBASE-SR veya 10GBASE-LR, bkz. Https://en.wikipedia.org/wiki/10_Gigabit_Ethernet ), ayrıca 8P8C'li bükümlü çift kablolarda 10GBASE-T olmasına rağmen ( 'RJ45') @horta tarafından açıklanan konektörler. Bildiğim kadarıyla optik değişkenlere kıyasla bu güç çok aç.

CPU'dan (veya hafızadan) Ethernet kartına veri aktarımı genellikle x86 tabanlı bir bilgisayardaki PCIe veriyolu üzerinden gerçekleşir. PCIe Gen 1 şeritleri, 2 Gbit / s saniyelik bir kullanılabilir veri aktarım hızına sahiptir (8/10 bit kodlamadan sonra). 8 şeritli teorik maksimum, 16 GBit / sn'dir (yön başına), 10 GBit / sn Ethernet'lik tek bir bağlantı noktasını çalıştırmak için yeterlidir.

CPU, RAM'e aktarılacak olan verileri depolar ve daha sonra ağ kartına nereden alınacağını (DMA) bildirir ve benzer şekilde alım için, CPU tamponları ayırır ve ağ kartını bu konuda bilgilendirir, bu durumda tipik olarak tampon (lar) olduğunda bir kesintiye neden olur. ) doldurulmuş. RAM bant genişliğinin tipik olarak PCIe veriyolundan çok daha büyük olduğuna dikkat edin.

Bugün, şerit ve yön başına kabaca 8 GBit / sn kullanılabilir veri hızına sahip yaygın olarak bulunan PCIe Gen 3'e sahibiz. 16 şeritli bir yuva, 100 GBit / s Ethernet için yeterli olan 128 GBit / sn'yi teorik olarak kullanabilir (PCIe Gen 4 resmi olarak duyuruldu).

Bu nedenle, PC içinde yüksek verim elde etmek için 'hile' (aşırı sinyalleşme hızlarına gitmeden) paralel veri yolları (RAM) veya çoklu seri şeritleri (PCIe) kullanmaktır.

İçin 100 Gbit / sn Ethernet bir genellikle 25 GBaud sinyal hızının (100GBASE-SR4, 100GBASE-LR4, 100GBASE-CR4) dört bağlantıları vardır, aynı zamanda, 10 Gbit / sn'lik on bağlantıları kablolar (fiber çifti) bir standartlar bulunmaktadır (100GBASE-CR10, 100GBASE-SR10, 100GBASE-CR10). Daha uzun mesafeli bağlantılar için, dört dalga boyu (100GBASE-CWDM4) kullanarak veya iki polarizasyon modu ve QPSK (100GBASE-ZR) kullanarak yalnızca tek bir elyaf kullanan standartlar da vardır.

Uzun mesafeli bağlantılar üzerindeki aşırı yüksek bağlantı hızları için ( lif çifti başına 20 Terabit / s olan Marea transatlantik kablo gibi ) biri, Dense olarak da bilinen liflerin ve yükselticilerin kullanılabilir dalga boyu bandına mümkün olduğunca farklı dalga boylarında çok sayıda vericiyi yerleştirir. Dalga Boyu Bölmeli Çoğullama (DWDM). Böyle bir çoklayıcı / çoklayıcı çözücünün tipik olarak çekirdeğinde sadece optik bir cihaz olduğunu ve elektronik olarak paralel olarak işlenebilen çok sayıda düşük bant genişliği akışından beslendiğini unutmayın.

20 TBit / s elde etmek için, her saat döngüsünde birden fazla genlik ve fazın iletilebildiği ileri düzey modülasyon teknikleri kullanılır ( bu nedenle , bir beyaz kağıda 64QAM gördüm ), bu nedenle 10GBASE-T standardına benzer şekilde saat döngüsü başına çoklu bitler iletir. @horta tarafından tarif edilmiştir.