СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2013

де модулей, стандартизированных в 802.3ba в различныхMSA (Мulti source agreements) и использующих оптичес кое волокно (см. таблицу 1). В качестве примера на рисунке 3 приведены три варианта архитектуры 100GbE для протоколов 100GBASE R, 100GBASE LR4 и 100GBASE SR10 сис тем передачи сигналов. Схемы содер жат: СPPI – параллельныйфизический интерфейс, сервисный интерфейс CAUI (gigabit per second Attachment Unit Interface) – модуль 100 Гбит/с ин терфейса подключения, а также логи ческий интерфейс CGMII. Р ЕАЛИЗАЦИЯ КАНАЛОВ СВЯЗИ 100 Г БИТ / С В настоящее время для одновремен ной передачи данных со скоростью 100 Гбит/с и более по нескольким ка наламиспользуется последовательный высокоскоростной интерфейс на ос нове меди. Для компенсации ухудше ния качества сигнала применяют его выравнивание на сторонах передачи и приёма. Однако эффективность по добных решений ограничена расстоя нием передачи: чем выше скорость, тем меньше расстояние, на которое данные могут быть переданыбез ущер ба для целостности сигнала. В целом подобные решения эффективны при небольших длинах медных кабелей, что в принципе не подходит для кана лов связи Интернет. Реализацию стандарта IEEE Std 802.3ba 100GbE можно обеспечить высокопроизводительными сетевыми решениями для пакетной обработки трафика управления, коммутации и агрегации на основе применения оп тических интерфейсов. Известные оптические стандарты включают оптические модули форма тов SFP+, CFP (C form factor pluggable) и CFP2. Перечисленные оптические модули выгодно отличаются про пускной способностью, низкой стои мостьюпередачи одного бита, энерге тической эффективностью, а также форм фактором [7]. Так, оптический модуль SFP+ поддерживает скорость оптической линии связи 10 Гбит/с, а CFP – 100 Гбит/с. Хотя CFP потребляют больше энергии в расчёте на бит, чем SFP+, используемая интеграция одного волокна уменьшает сложность постро ения и затраты на обслуживание. Оп тический модуль формата CFP2 (см. рис. 4 и 5) обладает пропускной спо собностью 100 Гбит/с, как и модуль CFP, но имеет в два раза меньшие раз меры и энергопотребление, а также меньшую стоимость. Одним из стан дартизованных оптических модулей, поддерживающих 100 Гбит Ethernet, является CFP MSA, который осущест вляет первоочередные подключения оптических трансиверов с использова нием протокола 100GBASE LR4, в том числе, высокоскоростного 100 Гбит/с (см. рис. 6). С ТАНДАРТ 100G B E И ПЛИС Реализация стандарта IEEE Std 802.3ba 100GbE для технологий «облач ных вычислений», помимо решения проблемы, связанной с расстоянием передачи данных, требует применения широкополосных быстродействую щих сетевых инфраструктур, способ ных обеспечить функционирование логическогоMAС ифизического уров ней для 100 Гбит Ethernet. Следует также отметить, что при ре ализации технологии «облачных вы числений» возникает ряд аппаратных проблем, связанных с ограничением функций подсистемы хранения дан ных, коммутаторов, маршрутизаторов и систем ввода/вывода. Также огра ничена внешняя скорость передачи данных по кабелям и другим соеди нениям, связывающим коммутаторы, маршрутизаторы и системы хранения данных. Гибкость и реконфигурируемость технологии ПЛИС позволяет исполь зовать их в системах, требующих ши рокого набора средств для обработки потоков ввода/вывода данных со ско ростью 100 Гбит/с. Сетевые операци онные преимущества подобных схем ных структур вытекают из присущей им эффективной маршрутизации при обработке потоков данных 100 Гбит/с. В этом контексте технология «облач ных вычислений» оказывает влияние на широкое внедрение устройств на ПЛИС для обработки высокоскорост ных потоков данных. Для обработки высокоскоростных потоков данных 100 Гбит/с фирма Xi linx предлагает использовать гетеро генные 3D матрицы FPGA Virtex 7 H580T (см. таблицу 2), состоящие из соответствующих матриц кремния SSI (Stacked Silicon Interconnect) (см. рис. 7 и 8) [8]. FPGA Virtex 7 H580T с трёхмер ной интеграцией, установленная вши рокополосных быстродействующих сетевых инфраструктурах, может реа лизовать до 16 трансиверов с пропуск ной способностью 28 Гбит/с или до 72 трансиверов со скоростью13,1 Гбит/с, а также использоваться в виде кристал ла на платах N × 100 Гбит/с и 400 Гбит/с. Благодаря разделению трансиверов и ядра достигается шумовая изоляция, способствующая сохранению целост ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2013 MDIO Контроллер Оптический приёмник данных Интерфейс IC(s) Управление/ сигнализация RXMCLK x N x M RXDATA REFCLK TXDATA TXMCLK Оптический приёмник данных x N x M Оптический демультиплексор Оптический мультиплексор Рис. 5. Блок схема оптического модуля CFP2 МАС Высокий уровень Согласование МАС Высокий уровень Согласование 100GBASE-R PCS PMA (20:10) 100GBASE-R PCS PMA (20:10) PMA (10:4) CFP 100G-LR4 CGMII CGMII CAUI 10x10.3125GBd 100GBASE-LR4 4 λ x25.78125GBd CAUI 10x10.3125GBd CFP 100G-LR4 100GBASE- LR4 PMD PMA (10:4) 100GBASE- LR4 PMD Рис. 6. Подключение оптических трансиверов CFP MSA с использование протокола 100GBASE LR4 Таблица 2. Стандартизованные варианты PHY PHY 100 Гбит Ethernet Минимум 10 км по SMF 100GBASE'LR4 Минимум 40 км по SMF 100GBASE'ER4