Xilinx促進(jìn)有線通信市場(chǎng)向 40G 和 100G 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的遷移

　　繼前一個(gè)十年的爆炸性增長(zhǎng)之后，電信市場(chǎng)正在經(jīng)歷新一輪整合發(fā)展時(shí)期，因特網(wǎng)的需求仍在繼續(xù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新。目前，家庭視頻和高級(jí)商業(yè)服務(wù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展對(duì)全球電信網(wǎng)絡(luò)的帶寬提出了更大挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)始于網(wǎng)絡(luò)接入邊緣，并直接延伸到城域網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)。為了響應(yīng)上述需求，運(yùn)營(yíng)商正在追求包括 40Gbps SONET (OC-768 和 OTU3) 以及 40GE 以太網(wǎng)在內(nèi)的更高的端口速率。越來越多的運(yùn)營(yíng)商更是將瞄準(zhǔn)了100GE端口速率。同時(shí)，IEEE 的高速串行 IO 工作組有關(guān) 40GE和 100GE  標(biāo)準(zhǔn) (IEEE 802.3ba)的制定工作也已經(jīng)接近尾聲。

　　商業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展形勢(shì)迫切地需要可擴(kuò)展的、靈活的且高效益成本的技術(shù)解決方案，從而滿足電信行業(yè)不斷變化的需求和標(biāo)準(zhǔn)。為了跟上這些變化，加快超高帶寬系統(tǒng)的部署，有線通信設(shè)備生產(chǎn)商正在從傳統(tǒng)的專用集成電路（ASIC）和成品（ASSP）芯片轉(zhuǎn)向可編程硬件平臺(tái)和IP解決方案。

　　向 40GE 和 100GE 的發(fā)展

　　電信行業(yè)最新超高帶寬標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)即要支持目前產(chǎn)生利潤(rùn)的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，同時(shí)還要滿足運(yùn)營(yíng)商為降低運(yùn)營(yíng)成本而將核心網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為單個(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施的要求。為了保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受黑客和災(zāi)難性故障的危害，加密和認(rèn)證服務(wù)也成為強(qiáng)制性的要求。高級(jí)流量工程功能則可幫助生產(chǎn)商更高效地實(shí)現(xiàn)差異性的高質(zhì)量端到端服務(wù)并更加易于實(shí)現(xiàn)收費(fèi)和贏利。

　　到 2016 年，40GE 和100GE 系統(tǒng)有望達(dá)到 42 億美元的年度營(yíng)收額。對(duì)40GE 和 100GE等新的解決方案的最初需求主要來自大型數(shù)據(jù)和交換中心，但是最新的趨勢(shì)表明，文件和存儲(chǔ)虛擬化、高分辨率圖像和視頻等也需要更高速率的接口。

　　這些需求都對(duì)系統(tǒng)和硬件設(shè)計(jì)人員提出了多方面的挑戰(zhàn)。他們開發(fā)的硬件在從 10G  至  40G  再到 100G 的遷移過程中，要能夠滿足 10G/100G 鏈路可靠運(yùn)行的信號(hào)完整性要求。 除了必須支持多種連接協(xié)議，還要能夠適應(yīng) 100G 光學(xué)模塊和媒體接入控制器（MAC）之間接口標(biāo)準(zhǔn)演化所帶來的變化。 當(dāng)然，為了獲得盡可能大的市場(chǎng)份額、營(yíng)收和利潤(rùn)，設(shè)計(jì)人員還必須能夠?qū)⑿庐a(chǎn)品快速推向市場(chǎng)。

　　可編程技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益

　　過去幾年時(shí)間里，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）在網(wǎng)絡(luò)和電信系統(tǒng)開發(fā)中的角色大大擴(kuò)展，不再是僅僅用于集成電路板上不同元器件之間的橋接邏輯。隨著 FPGA 的發(fā)展推動(dòng)半導(dǎo)體工藝技術(shù)結(jié)點(diǎn)從今天的 65nm 轉(zhuǎn)向 40nm 甚至更小，基于 FPGA 的解決方案既提供了專用芯片解決方案所具有的功能、性能和靈活性，同時(shí)又大大降低了開發(fā)成本。與 ASSP 相比，對(duì)于無法等待成品解決方案而又希望保持競(jìng)爭(zhēng)力的開發(fā)人員來說，FPGA 經(jīng)常是唯一可選的解決方案。

　　隨著 FPGA 器件成本不斷降低以及密度和性能不斷提高，今天的 FPGA 已經(jīng)可以運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)和子系統(tǒng)，適用的最終產(chǎn)品從最低端的 DSLAM 和以太網(wǎng)交換機(jī)直到最高端的核心路由器和 WDM 設(shè)備。設(shè)計(jì)人員不僅在系統(tǒng)原型中采用可編程器件，還在量產(chǎn)過程中越來越多地采用 FPGA 器件。這就是有線通信業(yè)務(wù)能夠繼續(xù)成為賽靈思 FPGA產(chǎn)品和解決方案最大市場(chǎng)的原因。過去幾年時(shí)間里，來自有線通信市場(chǎng)的營(yíng)收每年約為 6 億美元，約占賽靈思總營(yíng)業(yè)收入的35% 。 

　　賽靈思預(yù)計(jì)2008年其有線通信解決方案的市場(chǎng)產(chǎn)值將超過70億美元，年增長(zhǎng)率超過7%。賽靈思大量投資開發(fā)參考設(shè)計(jì)、IP 內(nèi)核和軟件工具，幫助有線通信系統(tǒng)開發(fā)人員將高性能  Virtex® 和低成本  Spartan®  系列  FPGA 集成到系統(tǒng)中。賽靈思有線通信解決方案支持范圍廣泛的應(yīng)用，包括： 

　　• 網(wǎng)絡(luò)傳輸市場(chǎng)：
　　o 核心層：  核心交換機(jī)、核心路由器、長(zhǎng)途傳輸DWDM
　　o 城域?qū)樱?城域交換機(jī)、城域路由器、城域DWDM
　　o 邊緣層： 接入/匯接交換機(jī)、邊緣路由器、PON（無源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)）、DSLAM、無線回傳

　　• 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)：
　　o 交換
　　o 安全

　　適用于 40G  和  100G 網(wǎng)絡(luò)的低風(fēng)險(xiǎn) FPGA 解決方案

　　得益于 Virtex-5 系列的模塊化 ASMBL™  架構(gòu)，賽靈思能夠快速經(jīng)濟(jì)地開發(fā)出滿足不同市場(chǎng)發(fā)展要求的 FPGA 產(chǎn)品。為幫助開發(fā)人員更快地開發(fā) 100G  網(wǎng)絡(luò)原型并且快速推出滿足市場(chǎng)增長(zhǎng)需求的新產(chǎn)品，賽靈思公司推出了 Virtex-5 TXT FPGA 平臺(tái)以及相關(guān)的支持性 IP 和開發(fā)工具。

　　Virtex-5 TXT FPGA 包括二款器件，提供豐富的邏輯單元和塊 RAM 組合以及最高密度的高速收發(fā)器。Virtex-5 TXT 器件集成了多達(dá)48個(gè) RocketIO™ 6.5Gbps 多速率收發(fā)器（數(shù)量達(dá)到 Virtex-5 FXT FPGA的2倍），可以提供構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)橋接設(shè)備所需要的 600Gbps 總帶寬。 由于這些器件基于與其它Virtex-5 FPGA平臺(tái)同樣的硬件模塊，因此其中嵌入的收發(fā)器已經(jīng)由賽靈思進(jìn)行了完全的參數(shù)化提取，同時(shí)還經(jīng)過了客戶的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

　　Virtex-5 TXT FPGA 平臺(tái)
　　器件代碼 XC5VTX150T XC5VTX240T
　　邏輯片 (2)  23,200 37,440
　　邏輯單元 (3)  148,480 239,616
　　CLB觸發(fā)器 92,800 149,760
　　最大分布式RAM (Kbits)  1,500 2,400
　　Block RAM/FIFO w/ECC (36kbits each)  228 324
　　Total Block RAM (kbits)  8,208 11,664
　　數(shù)字時(shí)鐘管理器 (DCM)  12 12
　　鎖相環(huán) 6 6
　　最大單端引腳數(shù) (4)  680 680
　　DSP48E 邏輯片  80 96
　　PCI Express Endpoint 模塊  1 1
　　10/100/1000 Ethernet MAC 模塊  4 4
　　RocketIO™ GTX 高速收發(fā)器  40 48
　　封裝 (7,8) 面積   
 　　FFA 封裝 (FF): 倒裝片精細(xì)間距 BGA （1.0 mm 球柵間距)   
　　FF1156 35 x 35 mm 360 (40) 
　　FF1759 42.5 x 42.5 mm 680 (40) 680 (48)

　
　100GE MAC 作為系統(tǒng)接口橋接

　　賽靈思公司與電信行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化組織以及其它 IP 和硬件供應(yīng)商密切合作，提供支持 XAUI、 RXAUI、 Interlaken、 SONET、 ODN 以及其它多個(gè)有線標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。賽靈思公司與 Sarance Technologies 公司共同推出業(yè)界第一個(gè) 100GE MAC 解決方案，可以利用 Virtex-5 FPGA 實(shí)現(xiàn)全功能 IEEE 802.3ba 的標(biāo)準(zhǔn)。目前，采用了兩片Virtex-5 FXT FPGA、10個(gè)外部10Gbps PHY以及眾多系統(tǒng)側(cè)接口的該解決方案已經(jīng)在第1層供應(yīng)商硬件原型上運(yùn)行。

　　采用了最新的 Virtex-5 TXT FPGA 平臺(tái)的 100GE MAC-to-Interlaken 橋接解決方案在單片F(xiàn)PGA和三個(gè)外部多路SERDES 復(fù)用器內(nèi)集成了全部功能，提供了一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)極低的選擇。 在具體設(shè)計(jì)中，內(nèi)建于 GTX 收發(fā)器的賽靈思專用 64/66  和  64/67 編碼/解碼功能節(jié)約了近 1/5 的邏輯資源和功耗。

　　創(chuàng)新前沿

　　新推出的 Virtex-5 TXT FPGA 平臺(tái)基于開發(fā)人員利用 Virtex-5 器件支持超高帶寬系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。2006年11月，作為全球第一例 100GbE 傳輸在實(shí)際生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用案例，賽靈思 FPGA 器件在由 Finisar 公司、美國(guó) Level3 通信公司、Internet 2 協(xié)會(huì)以及加州大學(xué)圣克魯茲分校 （UCSC）聯(lián)合舉辦的 SC06 國(guó)際會(huì)議上進(jìn)行展示。Finisar公司與 美國(guó) Level3 通信公司、Internet2 協(xié)會(huì) 以及加州大學(xué)圣克魯茲分校（UCSC）共同合作，成功地在坦帕市(美國(guó)佛羅里達(dá)州) 和休斯頓市（美國(guó)德克薩斯州）之間的約 4000英里的 Level3 DWDM  網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了 100GE 業(yè)務(wù)傳輸展示。賽靈思 FPGA 把所有十組電信號(hào)傳輸?shù)绞M 10Gbps XFP 光學(xué)收發(fā)器，然后將信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)行傳輸。光信號(hào)傳送到 Infinera 的商業(yè)化 DTN 交換 WDM 系統(tǒng)，然后再進(jìn)入到 Level3 網(wǎng)絡(luò)。

　　2008年6月，電信巨頭 Comcast 公司宣布利用業(yè)界首個(gè)100GbE 路由器接口在其現(xiàn)有骨干基礎(chǔ)設(shè)施（Philadelphia  和  McLean 之間）上成功完成一項(xiàng) 100GbE 技術(shù)測(cè)試。該系統(tǒng)同樣的采用了Sarance Technologies 公司運(yùn)行在 Virtex-5 FXT FPGA 上的高速以太網(wǎng)IP內(nèi)核 (HSEC) 。目前該內(nèi)核現(xiàn)在可運(yùn)行在 Virtex-5 TXT 平臺(tái)。

　　總結(jié)

　　可編程系統(tǒng)解決方案為開發(fā)范圍廣泛的有線電信應(yīng)用提供了一種低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的途徑。FPGA構(gòu)造的性能已經(jīng)可以支持最高性能達(dá) 100Gbps的應(yīng)用。 做為全球可編程邏輯解決方案領(lǐng)導(dǎo)廠商，賽靈思公司密切關(guān)注客戶和市場(chǎng)要求，通過研發(fā)硬件器件、軟件和 FPGA IP 在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間提供適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，為有線電信行業(yè)向 100GE 邁進(jìn)提供所需要的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和靈活性，同時(shí)幫助提供服務(wù)提供的質(zhì)量。