Las interfaces seriales de alta velocidad basadas en cobre de hoy en día pueden entregar datos a velocidades de varios gigabits. El uso de varios carriles en paralelo permite velocidades de transferencia de datos superiores a 100 Gbps, pero limita la distancia que se puede recorrer.
Transferencia de datos de alta velocidad a larga distancia mediante la combinación de FPGA y módulos ópticos multicanal
Mike Penn Lee, Joel Martínez, Derek Vaughan
Las interfaces seriales de alta velocidad basadas en cobre de hoy en día pueden entregar datos a velocidades de varios gigabits. El uso de varios carriles en paralelo permite velocidades de transferencia de datos superiores a 100 Gbps, pero limita la distancia que se puede recorrer. Un enfoque para mejorar la distancia es usar interconexiones ópticas en lugar de cobre. Altera Corporation y Avago Technologies Inc. han desarrollado conjuntamente una solución que combina módulos FPGA y transmisores y receptores ópticos en una única solución integrada. Esta solución puede reemplazar el cableado de cobre y varios transceptores ópticos de borde de tarjeta.
prólogo
La infraestructura está luchando por mantenerse al día a medida que la cantidad de datos que se mueven en los centros de datos y en Internet continúa creciendo. Las funciones principales, como los subsistemas de almacenamiento, los conmutadores y enrutadores de datos, e incluso los sistemas informáticos, tienen restricciones de E/S. El movimiento de datos externos está limitado por la velocidad y la distancia que puede viajar a través de los cables y otras interconexiones que unen todos los conmutadores, enrutadores y arreglos de almacenamiento.
Las interfaces seriales de alta velocidad basadas en cobre de hoy en día son capaces de entregar datos a velocidades de varios gigabits, con velocidades de datos superiores a 100 Gbps utilizando múltiples canales en paralelo. Sin embargo, esa velocidad viene con un problema: distancia limitada.
Para compensar la degradación de la señal, se utiliza un procesamiento de señal complejo para igualar la señal en el transmisor y el receptor. Este enfoque, combinado con cables de cobre bien diseñados pero costosos, puede proporcionar distancias extendidas de varios metros lo suficientemente largas como para interconectar equipos dentro de un solo bastidor. Sin embargo, mover datos entre bastidores dentro de un centro de datos o centro de red requiere cables mucho más largos, lo que a menudo hace que el costo y la capacidad de los cables sean poco prácticos.
interconexión óptica
Un enfoque para mejorar el alcance es utilizar trazas ópticas en lugar de trazas de cobre. Si bien los enlaces de fibra óptica están bien establecidos en la industria de las comunicaciones de datos, muchos de los enlaces aún requieren módulos de interfaz óptica de borde de tarjeta que consumen mucha energía y aún enfrentan el problema de la interconexión eléctrica desde la lógica del sistema hasta los módulos ópticos (Figura 1). La parte lógica de un puerto serial de alta velocidad generalmente se implementa dentro de un FPGA. Esto se debe a que el dispositivo ofrece flexibilidad al diseñador con respecto a las funciones, capacidades y opciones de E/S de la placa. Sin embargo, los pines FPGA deben estar conectados al módulo óptico. Esto requiere el enrutamiento de trazas de alta velocidad sobre y a través de la PCB.
Ventajas de los FPGA
La flexibilidad y reconfigurabilidad de los FPGA los convierte en soluciones ideales para sistemas con una amplia gama de requisitos de E/S de alta velocidad. Las interfaces seriales LVDS de alta velocidad y los puertos serializadores/deserializadores (SERDES) con capacidad de 1 Gbps se integraron por primera vez en las FPGA. A continuación se integró SERDES de alta velocidad más allá de 3 Gbps, y los FPGA actuales tienen puertos SERDES capaces de velocidades de datos de 10 Gbps e incluso superiores. Por ejemplo, los nuevos FPGA Stratix V de 28nm de Altera tienen una capacidad de hasta 28Gbps. Además de las capacidades de E/S de alta velocidad, las FPGA tienen millones de puertas configurables, mucha memoria estática en el chip y núcleos de procesador, bucles de bloqueo de fase (PLL), bloques de procesamiento de señal digital (DSP), PCI Express® ( canales PCIe®) y controladores de memoria. Todos los recursos disponibles en los FPGA permiten a los diseñadores configurar muchas funciones del sistema en la lógica del dispositivo, reduciendo así la cantidad de circuitos necesarios en la placa del sistema. Además, la naturaleza configurable de los FPGA permite a los diseñadores actualizar las funciones lógicas para agregar o eliminar funciones, reparar errores lógicos y mejorar el rendimiento.
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