ギガビットイーサネットコントローラICの選択

GoogleやAmazonのサービスを利用したことがあれば、1つ以上のデータセンターを利用したことになります。私たちが日常購入する製品は、製造資産間の接続性に依存しており、オフィスのコンピューターがWiFi、ファイバー、銅線なしで互いに接続することはありません。イーサネットは現代のLANのバックボーンであり、近い将来なくなることはありません。イーサネット対応製品を設計する設計者は、コンポーネントオプションの風景をナビゲートする必要があります。

ギガビット速度で動作する製品を設計している場合、ネットワーキング機器をサポートする多くのコンポーネントオプションを比較する必要があります。PHYレイヤーはファイバーや銅とのインターフェースを担当していますが、ショーを実行するコンポーネントはギガビットイーサネットコントローラICです。この重要なコンポーネントは、中央プロセッサと物理層とのインターフェースを提供し、次のアプリケーションに適したICを選択する必要があります。

ギガビットイーサネットコントローラICの仕様

これらの中間速度、例えば1 GbEや10 GbEで作業している場合、PHYおよび上流プロセッサとインターフェースできるギガビットイーサネットコントローラICを選択する必要があります。市場にはさまざまなプロセッサがあり、これらのすべてが統合イーサネットサブシステムを含んでいるわけではありません。高価値のFPGAの中には、1チップで100 Gbit/s以上で動作する統合イーサネットサブシステムを含むものもありますが、数千ドルのコストがかかります。これらのタイプのコントローラは通常、ファイバー上のイーサネット用のラックマウントユニットやバックプレーンユニットで使用されます。ファイバーオプティックケーブルは、これらの超高速アプリケーションにとって重要なメディアです。

中間範囲のソリューションを設計している場合でも、ツイストペア銅線を介してデータを転送することができます。ただし、銅は限定的な距離での10 GbEには適していますが、長いリンク（例えば、SerDesチャネル）では通常、チャネルの事前補償と等化が必要です。イーサネット対応製品内のコントローラICの位置は、以下に示すようなものです：

イーサネットコントローラおよびサブシステムのアーキテクチャ。

ここでは、コントローラは、すべての上流コンポーネント、PHYレイヤー、および任意の周辺機器とのインターフェースを提供します。コントローラに統合PHYレイヤーインターフェースがある場合、コントローラ出力には磁気終端が含まれる場合があります。コンポーネントオプションを検討する際は、以下の仕様に注意してください：

• 利用可能なデータレート：データシートを見ると、複数のデータレートが記載されています。GbEの仕様はある程度後方互換性があり、必要に応じて低速をサポートします。
• インターフェースの数：コントローラは限られた数のインターフェースしかサポートできません。典型的な、適度な価格のコントローラは2〜6のPHYレイヤーやSerDesチャネルをサポートできます。
• 統合されたコンポーネント：異なるコントローラICは異なるレベルの統合を提供します。一部のICは、磁気、1つ以上のPHY/SerDesインターフェース、MAC、またはその他のコンポーネント/機能を統合します。
• 周辺機器へのアクセス：通常、コントローラは高速インターフェース（例：PCIe）を介して上流のプロセッサやサブシステムに接続しますが、他の接続オプションもあります。I2C、GPIO、SPIインターフェースは、ギガビットイーサネットコントローラICで一般的です。

統合PHYを持つ1 GbEおよび10 GbEコントローラIC

以下に示されるコンポーネントは、イーサネット対応デバイスのより大きなエコシステムの一部に過ぎません。コストが増加するにつれて、利用可能な機能、インターフェース、および最大データレートも増加します。

Microchip, KSZ9893RNXI

MicrochipのKSZ9893RNXIギガビットイーサネットスイッチICは、統合された10/100/1000BASE-T PHYを2ポートと、10/100/1000イーサネットMACを1ポート含んでいます。このICは、スタンドアロンのイーサネットスイッチ、WiFiアクセスポイント、産業制御、ブロードバンドモデムなど、幅広いアプリケーションに最適です。統合制御レジスタは、I2C、SPI、またはMIIMを介してアクセス可能です。オンチップの終端抵抗と差動ペアの内部バイアスにより、コンポーネント数と消費電力が削減されます。

省電力を意識する設計者にとって、このICには、クロックがオフになりスイッチがスリープモードに入る電力管理機能が含まれています。ギガビットイーサネットネットワーク用のスイッチやルータを設計している場合、このコンポーネントは優れた選択です。このコンポーネントにPHYインターフェースが統合されているため、他の機能やコンポーネントのための基板スペースも節約されます。

KSZ9893RNXIイーサネットスイッチのブロック図。KSZ9893RNXIデータシートより。

Intel, NHI350AM4 S LJ3Z

IntelのNHI350AM4 S LJ3Zギガビットイーサネットコントローラは、より高い価格帯で1 GbEを提供しますが、統合された4つの1 GbE PHYと、長距離リンク用の4つの1 GbE SerDesチャネルを含んでいます。このコンポーネントは、PCIe 2.0（5 Gbps）および1000BASE-KXインターフェースを介してデータを受信し、オフィス、産業、またはデータセンター環境での銅線上の1 GbEを低消費電力で提供するように特別に設計されています。

NHI350AM4 S LJ3ZギガビットイーサネットコントローラIC。

Intel, 82599

コストスペクトラムの高い端では、Intelの82599ファミリーのギガビットイーサネットコントローラーは、典型的なルーター/スイッチのアプリケーションから離れ、ラックマウントアプリケーションスペースへと移行します。10 GbEコントローラーの82599ファミリーには、3つのバージョンが含まれます：

• 82599EB： PCIe 2.0、XAUI、KX、KX4、BX、BX4、CX4インターフェース用に設計されています（デュアルポート）。
• 82599ES： ブレード実装用のシリアルインターフェース（デュアルポート）。
• 82599EN： ブレード実装用のシリアルSFIインターフェース（シングルポート）。

下の画像は、ICの82599ファミリーのインターフェース図を示しています。図に示されているように、このコンポーネントには複数のI/Oが含まれ、最大4つのMAUIインターフェースをサポートしています。このコンポーネントは通常、バックプレーンを介して下流の10 GbEスイッチに接続されるか、統合されたMAUI PHYを介して直接10 GbEネットワークに接続されます。

82599ギガビットイーサネットコントローラーICのホストインターフェース図とI/Oポート。82599データシートより。

新しいネットワーキング製品には、ギガビットイーサネットコントローラーICを超える多くのコンポーネントが必要になります。Octopartで検索することで、高速イーサネットに必要な他のコンポーネントを見つけることができます。

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