考慮一下維基百科中的這個(gè)定義：“梅特卡夫定律指出，電信網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值與系統(tǒng)連接用戶數(shù)的平方 （n2） 成正比?！?再想想本杰明·富蘭克林的一句名言：“時(shí)間就是金錢?！?梅特卡夫定律和富蘭克林聲明的總和可以用來(lái)描述以太網(wǎng)在過(guò)去 35 年中的進(jìn)展，因?yàn)楦叩木W(wǎng)絡(luò)速度已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與計(jì)算相關(guān)的低速端口的大規(guī)模部署。千兆以太網(wǎng) （GbE） 幫助實(shí)現(xiàn)了 100 Mb 以太網(wǎng)的大批量部署，而 10 GbE 幫助實(shí)現(xiàn)了 GbE 的大批量部署。今天，40 GbE 和 100 GbE 的推出將支持 10 GbE 的大批量部署。

IEEE Std 802.3ba-2010 于 2010 年 6 月獲得批準(zhǔn)，定義了 40 GbE 和 100 GbE 操作，以及幾個(gè)物理層規(guī)范。表 1 總結(jié)了本項(xiàng)目下開(kāi)發(fā)的不同物理層規(guī)范。

表 1： IEEE Std 802.3ba-2010 定義了幾個(gè)物理層規(guī)范。

與跨銅介質(zhì)電傳輸相關(guān)的兩個(gè)物理層規(guī)范是 -KR（背板）和 -CR（銅纜）規(guī)范。從該表中可以得出兩個(gè)觀察結(jié)果。首先，這兩個(gè)物理層規(guī)范均基于“n”通道 x 10 Gbps 方法。其次，沒(méi)有為背板上的 100 GbE 定義物理層規(guī)范，這意味著 10 通道 x 10 Gbps 的方法被視為 100 GbE 背板規(guī)范不可接受。

擴(kuò)展 100 GbE 物理層規(guī)范

自從 40 GbE 和 100 GbE 規(guī)范獲得批準(zhǔn)以來(lái)，以太網(wǎng)社區(qū)認(rèn)識(shí)到需要擴(kuò)展 100 GbE 物理層規(guī)范系列并添加一個(gè)以解決跨背板的操作。有幾個(gè)因素促成了這一認(rèn)識(shí)［1］：

由于考慮了基于支持 10 Gbps、40 Gbps 和 100 Gbps 的外形尺寸的前面板 I/O 容量，因此觀察到的線卡容量范圍為 400 Gbps 到 3.2 Tbps。根據(jù)這些線卡容量，計(jì)算了高達(dá) 45 Tbps 的總體背板容量要求。

與基于 25 Gbps 電信號(hào)的 x4 架構(gòu)相比，當(dāng)僅使用基于 10 Gbps 電信號(hào)的 x10 架構(gòu)時(shí)，構(gòu)建支持這些線卡和背板容量的背板變得越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。簡(jiǎn)而言之，差分走線的數(shù)量增加了連接器引腳的數(shù)量以及 PCB 層的數(shù)量。

在 40 GbE 和 100 GbE 之間的費(fèi)率辯論中，注意到服務(wù)器帶寬容量大約每 24 個(gè)月翻一番。根據(jù)這一觀察，到 2017 年服務(wù)器將支持 100 GbE。然而，支持這些服務(wù)器的背板將在此時(shí)間框架之前在系統(tǒng)中發(fā)貨。因此，為確保這些背板可升級(jí)到 100 GbE，有必要制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，定義一個(gè)能夠支持 25 Gbps 信令的背板通道，以實(shí)現(xiàn)支持 100 GbE 的 x4 架構(gòu)。

此外，由于 10GBASE-KR 為開(kāi)發(fā) -CR 系列物理層規(guī)范提供了基礎(chǔ)，人們意識(shí)到通過(guò)將通道速率從 10 Gbps 提高到 25 Gbps 來(lái)減少通道數(shù)量也將有利于銅雙軸電纜組件。通過(guò)將差分對(duì)的數(shù)量從 10 個(gè)減少到 4 個(gè)，可以實(shí)現(xiàn)成本、端口密度和布線便利性的改進(jìn)。

因此，在背板和銅纜上開(kāi)發(fā) 100 GbE 物理層規(guī)范的真正挑戰(zhàn)是將給定通道上的信號(hào)速率從 10 Gbps 提高到 25 Gbps。盡管存在這種困境，但作為整體解決方案的一部分，可以探索許多潛在的選擇。

這個(gè)頻道

對(duì)于物理層規(guī)范，通道最終是問(wèn)題陳述。插入損耗、其偏差、回波損耗以及串?dāng)_和插入損耗之間的關(guān)系共同定義了通道的性能限制。雖然連接器技術(shù)、PCB 材料和電路板制造的持續(xù)改進(jìn)提高了通道質(zhì)量，但它們通常是有代價(jià)的。這種與背板相關(guān)的努力通常會(huì)導(dǎo)致討論支持今天部署的傳統(tǒng)背板與可以利用最新技術(shù)的新開(kāi)發(fā)背板。然而，更具挑戰(zhàn)性的通道可能會(huì)提高用于解決問(wèn)題的電路的復(fù)雜性和功率。

銅纜通道也有其自身的挑戰(zhàn)。連接器技術(shù)、PCB 材料和電路板制造將提高位于主板上的通道的質(zhì)量，但對(duì)主板走線的損耗進(jìn)行預(yù)算將因此減少與電纜組件相關(guān)的損耗量，這會(huì)轉(zhuǎn)化為更短的電纜長(zhǎng)度。

調(diào)制

不歸零 （NRZ） 是現(xiàn)有的信令方案。10GBASE-KR 解決方案能夠在 5.15625 GHz 的奈奎斯特頻率下實(shí)現(xiàn)大約 25 dB 的插入損耗。預(yù)計(jì)在不使用前向糾錯(cuò) （FEC） 的情況下，大約 25 Gbps 的 NRZ 方案將支持在 12.9 GHz 下大約 25 dB 到 30 dB 的通道插入損耗。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)時(shí)將存在于現(xiàn)場(chǎng)的大容量應(yīng)用或遺留背板，這樣的損耗目標(biāo)可能證明成本太高。因此，一些人建議該小組除了 NRZ 解決方案外，還應(yīng)考慮開(kāi)發(fā) 4 級(jí)脈沖幅度調(diào)制規(guī)范。有人建議 PAM-4 解決方案在大約 7 GHz 時(shí)支持大約 30 dB 插入損耗的通道插入損耗。

均衡

各種形式的均衡——從發(fā)射前饋均衡和波形整形到連續(xù)時(shí)間線均衡再到接收器決策反饋均衡——被用來(lái)克服給定信道內(nèi)的各種缺陷。適當(dāng)?shù)木忸愋腿Q于調(diào)制方案和目標(biāo)信道。重要的是要了解均衡必須優(yōu)化，并且可能過(guò)度均衡通道。

前向糾錯(cuò)

FEC 可以以增加復(fù)雜性和延遲為代價(jià)提高整體鏈路性能。因此，必須評(píng)估不同 FEC 提案與 IEEE 802.3ba-2010 架構(gòu)之間的交互，以確定在可接受的復(fù)雜度下具有最佳延遲的解決方案。已經(jīng)提出了 6 dB 或更高編碼增益的建議，并且預(yù)計(jì)任何能夠在 1 m 長(zhǎng)的背板通道上驅(qū)動(dòng) 100 GbE 的解決方案都需要某種類型的 FEC。

為下一代網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)

這些新物理層規(guī)范的開(kāi)發(fā)將由 2011 年 9 月成立的 IEEE P802.3bj 100 Gbps 背板和銅纜工作組推動(dòng)。該項(xiàng)目的目標(biāo)包括：

僅支持全雙工操作。

利用 802.3 媒體訪問(wèn)控制 （MAC） 保留 802.3/以太網(wǎng)幀格式。

保留當(dāng)前 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的最小和最大幀大小。

支持MAC/專線業(yè)務(wù)接口誤碼率大于等于10-12。

定義一個(gè) 4 通道 100 Gbps 背板 PHY，用于在與“改進(jìn)的 FR-4”（由 IEEE P802.3ap 或工作組定義的更好材料定義）上的銅跡線一致的鏈路上運(yùn)行，長(zhǎng)度至少為 1米。

定義一個(gè) 4 通道 100 Gbps PHY，用于在與長(zhǎng)度至少為 5 m 的銅雙軸電纜一致的鏈路上運(yùn)行。

除了這些目標(biāo)之外，還在考慮有關(guān)新的 100 GbE 物理層規(guī)范的能效演示。這些演示建立在定義為 IEEE 802.3az-2010 一部分的節(jié)能以太網(wǎng)概念之上，該概念定義了低利用率期間的低功耗空閑狀態(tài)。

審核編輯：郭婷