Bagaimana mungkin 10G Ethernet secara fisik? [Tutup]

10 gigabit Ethernet berarti 10 miliar bit ditransmisikan setiap detik, tetapi saya tidak mengerti bagaimana ini mungkin secara fisik (apalagi 100G Ethernet). CPU tercepat saat ini hanya berjalan pada ~ 8GHz, tetapi bahkan jika transmisi tidak memerlukan CPU, masih tampak bermasalah.

Pada 10G, setiap bit hanya berlangsung 100 picoseconds, dan dalam rentang waktu itu, saya akan berpikir bahwa keterlambatan gerbang menjadi masalah. Ini tidak sesederhana menetapkan garis tinggi atau rendah untuk setiap bit, tentunya ratusan transistor diperlukan untuk menghasilkan bentuk gelombang Ethernet yang rumit.

Ini sepertinya lebih dari masalah di sisi penerima, karena bentuk gelombang harus disampel pada tingkat yang sangat tinggi, dan jika ini menggunakan ADC, itu akan menyebabkan lebih banyak penundaan.

Mengejar jawaban ini mengambil beberapa tautan yang berbeda, tetapi tampaknya mengarah ke ini:
1. 4 pasangan diferensial (total 8 kabel, tetapi hanya 4 jalur).
2. 800 Simbol Mega per detik.
3. Menggunakan PAM16, 16 simbol digunakan yang diterjemahkan menjadi 4 bit per baud per jalur.

Mengingat informasi itu Anda menghasilkan 4 bit * 800 Mhz * 4 jalur yang menghasilkan 12800 Mb / s atau 12,8 Gb / s. Karena penyandian koreksi kesalahan dan overhead lainnya, mereka hanya mengharapkan Anda untuk mendapatkan 10 Gb / s dari itu.

Perhatikan bahwa kabel itu sendiri hanya mengubah simbol atau amplitudo pada frekuensi 800 MHz. Itu cukup meh, dalam hal beralih kecepatan untuk transistor.

Nah, itu semua untuk 10Gb Ethernet. Bagaimana mereka melakukannya untuk 100Gb Ethernet sedikit lebih membingungkan. Untuk itu, tampaknya mereka benar-benar memompa frekuensi hingga 10,3 GHz atau 25GHz . APA APAAN? Lihat di siniuntuk meja itu. Perbedaan frekuensi ini disebabkan oleh berapa banyak jalur data pasangan tembaga yang Anda pilih untuk miliki. Apakah ada yang benar-benar membuat ethernet 25GHz ini dalam tembaga akan menarik untuk diketahui. Mungkin saja mereka hanya menjelaskannya. Ketika Anda mulai mendapatkan frekuensi tersebut, kabel Anda harus benar-benar pendek atau Anda hanya beralih ke serat optik di mana Anda dapat mengirim ratusan balok cahaya ke serat tunggal. Dengan cara itu, Anda tidak harus melaju dengan kecepatan gila, Anda hanya memparalelkan data Anda di sumbernya dan menjadikannya paralel di tempat tujuan.

Referensi jika Anda ingin melihatnya lebih lanjut: https://en.wikipedia.org/wiki/10_Gigabit_Ethernet#Copper
https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-amplitude_modulation
http://www.cablinginstall.com/ artikel / cetak / volume-15 / masalah-7 / fitur / teknologi / twisted-pair-options-for-10-gigabit-ethernet.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_signaling

10G ethernet (seperti dijelaskan oleh jawaban lain) tidak melakukan transisi sinyal pada 10 GHz, ia menggunakan penyebaran multi level encoding di 4 pasangan untuk mencapai 10 Gb / s.

Namun, transceiver serial 10+ gigabit cukup umum pada chip kecepatan tinggi. Misalnya PCIe, USB3.1, thunderbolt, dan protokol serupa semuanya menggunakan kecepatan serial 10 gbit / s pada masing-masing pasangan.

Anda benar bahwa logika "massal" tidak dapat bersaing dengan kecepatan data itu. Tentu saja core CPU tidak beroperasi pada frekuensi itu, tetapi bahkan logika yang mengimplementasikan hal-hal seperti antarmuka PCIe tidak dapat beroperasi pada kecepatan itu. Sebagai gantinya mereka menggunakan SERDES kecepatan tinggi khusus.

Data dirutekan dengan IC dalam bus paralel lebar. Sepotong perangkat keras khusus melakukan konversi serial-ke-paralel atau paralel-ke-kanan dekat input / output. SERDES melakukan minimum absolut dari logika aktual. Pemancar sangat sederhana. Ini akan memiliki PLL untuk menghasilkan jam data serial kecepatan tinggi dan paralel ke logika serial. Penerima lebih rumit, mereka perlu melakukan pemulihan jam pada data yang masuk, dan juga membingkai deteksi untuk memastikan bahwa bit dikelompokkan dengan benar. Secara keseluruhan, hanya sedikit logika yang harus beroperasi pada kecepatan yang sangat tinggi. Ya, penundaan propagasi melalui transisi sangat penting, dan sirkuit harus dirancang dengan hati-hati sehingga semua sinyal berbaris dengan benar.

Banyak 10 GBit / s Ethernet link sebenarnya optik (misalnya 10GBASE-SR atau 10GBASE-LR, lihat https://en.wikipedia.org/wiki/10_Gigabit_Ethernet ) meskipun ada juga 10GBASE-T lebih dari kabel twisted pair dengan 8P8C ( Konektor 'RJ45') seperti yang dijelaskan oleh @horta. Sejauh yang saya tahu adalah kekuatan ini cukup lapar dibandingkan dengan varian optik.

Transfer data dari CPU (atau lebih tepatnya memori) ke kartu Ethernet biasanya terjadi melalui bus PCIe di komputer berbasis x86. Jalur PCIe Gen 1 memiliki kecepatan transfer data yang dapat digunakan 2 Gbit / detik (setelah penyandian 8/10 bit). Dengan 8 jalur maksimum teoritis adalah 16 GBit / s (per arah), cukup untuk menggerakkan satu port Ethernet 10 GBit / s.

CPU menyimpan data yang akan dikirim dalam RAM dan kemudian menginstruksikan kartu jaringan di mana mengambil (DMA) dan juga untuk penerimaan CPU mengalokasikan buffer dan menginformasikan kartu jaringan tentang hal itu ketika kemudian biasanya menghasilkan interupsi ketika buffer (s) ) diisi. Perhatikan bahwa bandwidth ke RAM biasanya jauh lebih besar dari pada PCIe bus.

Hari ini kami memiliki PCIe Gen 3 yang tersedia secara luas yang memiliki kecepatan data yang dapat digunakan sekitar 8 GBit / s per lajur dan arah. Sebuah slot 16 lane secara teoritis dapat menangani 128 GBit / s, cukup untuk 100 GBit / s Ethernet (PCIe Gen 4 telah diumumkan secara resmi baru-baru ini).

Jadi 'trik' untuk mencapai throughput tinggi di dalam PC (tanpa harus pergi ke kecepatan sinyal selangit) adalah dengan menggunakan bus paralel (RAM) atau beberapa jalur serial (PCIe).

Untuk Ethernet 100 Gbit / s, biasanya memiliki empat tautan dengan kecepatan pensinyalan 25 GBaud (100GBASE-SR4, 100GBASE-LR4, 100GBASE-CR4), ada juga standar untuk kabel dengan sepuluh tautan (mis. Pasangan serat) 10 Gbit / s (100GBASE-CR10, 100GBASE-SR10, 100GBASE-CR10). Untuk sambungan jarak jauh yang lebih panjang, ada juga standar yang hanya menggunakan serat tunggal, baik menggunakan empat panjang gelombang (100GBASE-CWDM4) atau menggunakan dua mode polarisasi dan QPSK (100GBASE-ZR).

Untuk kecepatan tautan yang sangat tinggi pada sambungan jarak jauh (seperti kabel transatlantik Marea dengan 20 Terabit / s per pasangan serat) satu bungkus sebanyak pemancar pada panjang gelombang yang berbeda sebanyak mungkin ke dalam pita panjang gelombang yang dapat digunakan dari serat dan amplifier, juga dikenal sebagai Dense Multiplexing Division Panjang Gelombang (DWDM). Perhatikan bahwa multiplexer / demultiplexer tersebut biasanya merupakan perangkat optik saja pada intinya dan diumpankan oleh beberapa aliran bandwidth yang lebih rendah yang dapat diproses secara elektronik secara paralel.

Untuk mencapai 20 TBit / s satu maka juga telah menggunakan teknik modulasi canggih di mana pada setiap siklus clock beberapa amplitudo dan fase dapat ditransmisikan (saya telah melihat 64QAM di whitepaper ) karena itu mentransmisikan beberapa bit per siklus clock, mirip dengan standar 10GBASE-T dijelaskan oleh @horta.