Выбор интегральной схемы контроллера Gigabit Ethernet

Если вы пользовались сервисами Google или Amazon, значит, вы уже воспользовались одним или несколькими центрами обработки данных. Продукты, которые мы покупаем каждый день, зависят от связи между производственными активами, а компьютеры в вашем офисе не смогли бы соединяться друг с другом без WiFi, оптоволокна и меди. Ethernet является основой современных локальных сетей и не собирается исчезать в ближайшее время. Разработчикам продуктов с поддержкой Ethernet предстоит ориентироваться в многообразии компонентов.

Если вы разрабатываете продукты для работы на гигабитных скоростях, вам придется сравнивать множество компонентов, поддерживающих сетевое оборудование. Ваш физический уровень (PHY) отвечает за взаимодействие с оптоволокном или медью, но компонент, который управляет процессом, - это интегральная схема контроллера гигабитного Ethernet. Этот критически важный компонент обеспечивает интерфейс между центральным процессором и вашим физическим уровнем, и вам нужно будет выбрать подходящую ИС для вашего следующего приложения.

Характеристики интегральной схемы контроллера гигабитного Ethernet

Если вы работаете на этих промежуточных скоростях, таких как 1 GbE или 10 GbE, вам нужно будет выбрать интегральную схему контроллера гигабитного Ethernet, которая может взаимодействовать с PHY и процессором выше по потоку. На рынке представлен широкий ассортимент процессоров, и не все из них содержат интегрированный Ethernet-подсистему. Некоторые высокоценные FPGA будут включать интегрированную Ethernet-подсистему, которая может работать на скорости 100 Гбит/с или выше на одном чипе, хотя и стоит тысячи долларов. Такие типы контроллеров обычно используются в стоечных или шасси-устройствах для Ethernet через оптоволокно. Оптоволоконные кабели являются критически важными средствами передачи для этих сверхвысокоскоростных приложений.

Если вы разрабатываете решение промежуточного диапазона, вы все еще можете передавать данные по витой паре меди. Обратите внимание, что медь все еще подходит для 10 GbE на ограниченные расстояния, хотя для более длинных связей обычно требуются предварительная компенсация канала и эквализация (например, каналы SerDes). Расположение интегральной схемы контроллера в продукте, поддерживающем Ethernet, аналогично показанному ниже:

Архитектура контроллера Ethernet и подсистемы.

Здесь контроллер обеспечивает интерфейс между всеми компонентами выше по потоку, физическим уровнем и любыми периферийными устройствами. Магнитное завершение может быть включено на выходе контроллера, когда контроллер имеет интегрированный интерфейс физического уровня. Когда вы взвешиваете свои варианты компонентов, обратите внимание на следующие характеристики:

• Доступные скорости передачи данных: Если посмотреть на технические описания, можно увидеть несколько скоростей передачи данных. Спецификации GbE в некоторой степени обратно совместимы, т.е. поддерживают более низкие скорости при необходимости.
• Количество интерфейсов: Ваш контроллер может поддерживать только определённое количество интерфейсов. Типичные, умеренно ценовые контроллеры могут поддерживать 2-6 уровней PHY или каналов SerDes.
• Интегрированные компоненты: Различные контроллеры IC могут предоставлять разные уровни интеграции. Некоторые микросхемы интегрируют магнитики, один или несколько интерфейсов PHY/SerDes, MAC или другие компоненты/функции.
• Доступ к периферийным устройствам: Контроллер обычно подключается к какому-либо вышестоящему процессору или подсистеме через высокоскоростной интерфейс (например, PCIe), но существуют и другие варианты подключения. Интерфейсы I2C, GPIO и SPI являются обычными для микросхем контроллеров гигабитного Ethernet.

Контроллеры IC 1 GbE и 10 GbE с интегрированным PHY

Показанные ниже компоненты являются лишь частью большего экосистемы устройства, способного работать в сети Ethernet. По мере увеличения стоимости будут увеличиваться и доступные функции, интерфейсы и максимальная скорость передачи данных.

Microchip, KSZ9893RNXI

Гигабитный коммутатор Ethernet KSZ9893RNXI от Microchip включает в себя два порта с интегрированными PHY 10/100/1000BASE-T и один порт с Ethernet MAC 10/100/1000. Эта микросхема идеально подходит для широкого спектра приложений, включая автономные коммутаторы Ethernet, точки доступа WiFi, промышленное управление и широкополосные модемы. Интегрированные регистры управления доступны через I2C, SPI или MIIM. Встроенные резисторы завершения и внутренняя смещение для дифференциальных пар снижают количество компонентов и потребление энергии.

Для дизайнера, обеспокоенного потреблением энергии, эта микросхема включает функции управления питанием, при которых часы отключаются, и коммутатор может переходить в спящий режим. Если вы разрабатываете коммутатор или маршрутизатор для сети гигабитного Ethernet, то этот компонент является отличным выбором. Интеграция интерфейсов PHY в этот компонент также экономит место на плате для других функций и компонентов.

Блок-схема коммутатора Ethernet KSZ9893RNXI. Из технического описания KSZ9893RNXI.

Intel, NHI350AM4 S LJ3Z

Гигабитный контроллер Ethernet NHI350AM4 S LJ3Z от Intel предоставляет 1 GbE за более высокую цену, но включает в себя четыре интегрированных PHY 1 GbE и четыре интегрированных канала SerDes 1 GbE для дальних связей. Этот компонент получает данные через PCIe 2.0 (5 Gbps) и интерфейс 1000BASE-KX для соединений задней панели сервера типа blade. Этот компонент специально разработан для обеспечения 1 GbE по меди с меньшим потреблением энергии в офисной, промышленной или центре обработки данных.

Микросхема гигабитного контроллера Ethernet NHI350AM4 S LJ3Z.

Intel, 82599

На верхнем конце спектра стоимости семейство гигабитных Ethernet-контроллеров 82599 от Intel выходит за рамки типичного применения в роутерах/коммутаторах и переходит в область применения в стоечных установках. Семейство контроллеров 10 GbE 82599 включает три версии:

• 82599EB: Разработан для интерфейсов PCIe 2.0, XAUI, KX, KX4, BX, BX4 и CX4 (двухпортовый).
• 82599ES: Последовательный интерфейс для реализации в блейд-системах (двухпортовый).
• 82599EN: Последовательный интерфейс SFI для реализации в блейд-системах (однопортовый).

На изображении ниже показана схема интерфейса для семейства микросхем 82599. Как видно на схеме, этот компонент включает несколько входов/выходов и поддерживает до 4 интерфейсов MAUI. Этот компонент обычно подключается к нисходящему коммутатору 10 GbE через шасси или напрямую к сети 10 GbE через интегрированные PHY MAUI.

Схема интерфейса хоста и порты ввода/вывода в гигабитном Ethernet-контроллере 82599. Из технического описания 82599.

Ваши новые сетевые продукты потребуют включения множества компонентов помимо гигабитного Ethernet-контроллера IC. Другие компоненты для высокоскоростного Ethernet вы можете найти, произведя поиск на Octopart.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.