以太网是一种打算机网络技能，它定义了开放系统互连 (OSI) 模型的物理层和数据链路层。IEEE 802.3 标准以一种构造化办法描述这些功能，强调系统的逻辑划分以及其如何组合在一起。由媒体接入掌握 (MAC) 组成的数据链路层可创建以太网数据帧，并利用底层以太网物理层通过介质传输数据帧。
本文将向大家先容高性能打算片上系统 (SoC) 中利用的以太网 PHY，以及完全的 MAC + PHY IP 如何加速协议屈服和设计收敛。
以太网物理层(简称PHY)是一个抽象层，卖力传输和吸收数据。PHY对传输的数据帧进行编码，并按照特定的操作调制速率、传输媒体类型和支持的链路长度对吸收的帧进行解码。举个例子，我们的条记本电脑都有“以太网接口”。图1描述了如何通过以太网电缆将数据传入和传出处理器。在这种情形下，由CPU中的以太网MAC组装的以太网数据帧(数据包)，通过IEEE802.3标准定义的MII/GMII穿过母板(一个印刷电路板)，到达以太网PHY。图 1：在个人打算机中，以太网数据包从处理器传输到以太网 PHY 的一个简化示例数据中央实际上是一种通过光和铜介质连接的打算和存储系统的网络。利用到的光纤有单模和多模两种，单模光纤 (SMF) 更加节能，同时可供应最大的覆盖范围，而多模光纤 (MMF) 更具本钱效益，常日适用于 500 米以内的利用场景。做事器机架单元到机架顶部 (TOR) 交流机链路常日利用双轴铜缆实现。图 2：数据中央的多个做事器通信中利用不同类型的光纤来自做事器群某个机架单元处理器的数据包通过 PCIe 接口进入网络接口卡 (NIC)，再通过实现 MAC 功能创建以太网帧。数据帧通过双轴铜缆 PHY 或 DAC 电缆到达架顶 (ToR) 交流机。根据 DAC 电缆长度和 ToR 机架单元物理位置中的交流芯片，可能还须要 retimers 来增强旗子暗记质量，以扩展电气旗子暗记的覆盖范围。ToR 交流机对数据帧进行路由，光模块则通过实现电气和光学 PHY 功能将媒介从电转换为光。IEEE802.3-2018 和以太网技能同盟 (ETC) 分别定义了 400 Gb/s 和 800 Gb/s 的标准。值得把稳的是，800 Gb/s以太网也是基于IEEE 802.3-2018和802.3ck的400 Gb/s以太网访问方法和物理层标准。图4从抽象架构层面解释了400 Gb/s和800 Gb/s电气以太网PHY能够实现。首先，借助200GMII/400GMII，物理编码子层 (PCS)能知足多种需求，如：直流平衡：PCS可实现64/66比特的线编码和加扰操作，以保持传输密度和直流平衡；
将编码数据传入/传出物理介质附件 (PMA)；
补偿 200GMII/400GMII 和PMA之间的任何速率差异，这些差异是由于对齐标记插入或删除，或 PCS 通过插入、删除空闲掌握字符纠正的任何速率差异引起的；
从66比特块转码到257比特块或从257比特块转码到66比特块；
实现正向纠错 (FEC) 功能：FEC 技能通过解码来校正吸收端发生的缺点。这些用于改进链路比特误码率 (BER)。然而，编解码收益和干系BER改进因此增加延迟为代价。考虑到这种权衡，基于链路BER，可以履行不同的FEC。常日对付BER 大于10^-5 且小于10^- 8的链路，根据标准利用 Reed Solomon FEC函数。对付BER大于10^-8 且小于10^-12的链路，利用基于FEC函数的firecode。末了，对付BER小于10^-12 的链路，可不该用FEC函数。
为背板运用设置了基于协议定义的链路演习函数来调度均衡器分路器系数。
然后，PMA层将PCS格式的旗子暗记的逻辑或物理通道数量调度适当，从吸收到的旗子暗记中规复时钟，并为本地环回操作供应各种发送和吸收测试模式。再往下层，物理介质干系 (PMD) 层接口到传输介质，将PHY连接到介质，介质可以是许多不同类型的光纤或铜缆。末了，自动协商层（AN）使设备能够监测远端设备的功能和状态。IEEE Std 802.3 标准第 73 条定义了新的通用自动协商协议，该协议利用独立于标准速率模式的旗子暗记。自动协商许可设备通知布告和共享信息，包括速率、模式、故障旗子暗记和其他掌握信息。而集成的以太网PHY IP包括PCS、PMA、PMD和自动协商功能，能够更快地采取最新的 800Gb/s和400Gb/s 以太网。图5显示了800G/400G PCS的实现案例。在这样的需求下，新思科技供应完全的200G/400G和800G以太网掌握器和PHY IP办理方案，包括 PCS、PMD、PMA 和自动协商功能，如图 6 所示。图 6：完全的 200G/400G 和 800G 以太网掌握器和 PHY IP 办理方案新思科技 的DesignWare®112G Ethernet PHY IP 供应卓越的旗子暗记完全性和抖动性能，超过 IEEE 802.3ck 和 OIF 标准电气规范。高效面积的 PHY 在信道损耗超过 42dB，功率效率小于 5pJ/bit 时显示零误码率。DesignWare® 200G/400G和800G以太网MAC和PCS支持IEEE 802.3和同盟规格，包括Reed Solomon正向纠错 (FEC)和低抖动韶光戳，以实现最大精度。以太网已成为当代高性能打算数据中央做事器间通信的事实标准。高性能打算不断增加的带宽需求也在匆匆使以太网互连和PHY技能不断变革，系统和 SoC设计职员必须理解不同类型互连的特性以及针对其目标运用的PHY技能。以太网数据帧通过各种通道和介质类型在多个做事器单元之间传输，以太网系统中完全的MAC和PHY方案则可以缩短设计周期韶光并供应差异化的性能，因而，以太网PHY IP将对高性能打算SoC起到主要的浸染。本日是《半导体行业不雅观察》为您分享的第2911内容，欢迎关注。
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