经过硅验证的 800G 以太网IP快速实现高性能芯片设计
来源:电子发烧友网发布时间:2023-07-123608浏览
询问 AI博通在2022年8月推出了Tomahawk 51.2 Tbps 交换机芯片，这标志着800G 以太网时代的到来。这款芯片支持高达 64 个 800GbE 端口，拥有超高带宽！高速以太网的发展可以追溯到2014 年，那时Arista、高通、微软、Mellanox 和 谷歌联合成立了以太网联盟，现称为“以太网技术联盟”。自那时以来，已有超过45名成员采用了该技术。推动 200G 以太网、400G 以太网和如今的 800G 以太网发展的原因是，高性能计算、5G 和深度学习应用等各种应用对处理和传输高性能工作负载的迫切需求，以及在云、端之间传输所有这些应用数据所需的总带宽。2020 年，以太网技术联盟推出了 800G 规范，该规范已经得到 IEEE 802.3 标准委员会和工作组的批准。通过使用高速接口，超大规模数据中心可以支持不断增长的为计算机、交换机、重定时器、NIC、光模块等设计的 SoC 中的以太网数据速率。以太网标准为设计和制造此类 SoC 及其支持的设备所需的互操作接口提供了参考框架。800G 以太网控制器和 PHY 解决方案可通过多种方式满足数据密集型应用的可扩展和高数据速率连接要求。本文介绍了一种使用新思科技 MAC、PCS 和 PHY IP，并经过硅验证且可靠的 800G 以太网实现方案。芯片公司可将其作为参考指南，加速自己的以太网 SoC 设计实现过程。
在过去的12年里，交换机经历了持续不断的发展，其处理能力从 640G 增长到 102.4T，单个通道可支持 10G 至 100G，甚至更高的以太网速度。交换机的通道数量也从 64 增加到 512，同时，可插拔连接器从 QSFP+ 发展到 QSFPDD800/OSFP，如图 1 所示。而800G 以太网是最新的 51.2T 交换机及支持它的 800G 可插拔板卡的核心。
为了让采用者能够立即部署先进的高带宽、可互操作以太网技术，他们需要这个经过验证的 800G 以太网实现方案作为参考。新思科技已成功交付了经过硅验证的 800G 以太网实现，其中使用了[在子系统中全组件植入]。新思科技 800G 以太网实现基于 8 个通道，单通道达到 100Gb/s 速率。这个800G 架构由新的介质访问控制 (MAC) 和物理编码子层 (PCS) 组成，基本上重新利用了两组现有的 400G 以太网逻辑，并将数据分布在八个 106.25 Gbps 物理通道上。由于重用了 400G 以太网 PCS 逻辑，因此前向纠错模块得以保留，从而，可以轻松兼容现有的物理层规范。然而，SoC 设计人员需要开发芯片来支持 800G 以太网，以满足所有发送和接收数据路径单元的要求，以实现最低的延迟和更高的带宽，同时尽量减少功耗过大和成本损失的问题。保持与较慢速度的向后兼容性也很重要，这将确保 800G 以太网和更高速的以太网被无缝采用并集成到现有数据中心。为了在 200G/400G/800G 网络中同时提供这种能力，逻辑区域和物理区域面临着多种挑战。在满足最低延迟、功耗和面积要求的同时，实现更快的时钟速度、并行路径和复杂的信令要求，是非常困难的。为了确保最低延迟和低重传率，需要的是高效的前向纠错码（FEC），来补偿更快通信速度带来的更高误码率。图 3 显示了一种 800G 芯片的参考原理图，该芯片具有 8 通道的 100G SerDes、800G PCS、MAC、测试逻辑和应用接口。实现芯片成功的关键之一在于，应用软件接口应具有强大的可测试性、可调试性功能。
除了支持目标面积、延迟、性能、功耗和信号完整性的硅 IP 外，SoC 设计人员还需要所有必要的文档和可交付产品来实现快速集成。多年来，新思科技一直是以太网 IP 的领先开发商，在制定 800G 以太网和更高速以太网的规范方面发挥着不可或缺的作用。如今，新思科技已推出经过硅验证的 800G 以太网实现方案，客户可以参考这种方案来成功实现自己的芯片。新思科技为 112G 以太网 PHY、PCS 和 MAC 提供易于集成的交付产品，并提供专家级支持，通过缩短总体设计周期和帮助产品更快地上市，使客户的工作变得更加容易。作者：Synopsys 高级技术营销经理 Madhumita Sanyal
对800G以太网的需求
在过去的12年里，交换机经历了持续不断的发展，其处理能力从 640G 增长到 102.4T，单个通道可支持 10G 至 100G，甚至更高的以太网速度。交换机的通道数量也从 64 增加到 512，同时，可插拔连接器从 QSFP+ 发展到 QSFPDD800/OSFP，如图 1 所示。而800G 以太网是最新的 51.2T 交换机及支持它的 800G 可插拔板卡的核心。
剖析强大的 800G 以太网实现
为了让采用者能够立即部署先进的高带宽、可互操作以太网技术，他们需要这个经过验证的 800G 以太网实现方案作为参考。新思科技已成功交付了经过硅验证的 800G 以太网实现，其中使用了[在子系统中全组件植入]。新思科技 800G 以太网实现基于 8 个通道，单通道达到 100Gb/s 速率。这个800G 架构由新的介质访问控制 (MAC) 和物理编码子层 (PCS) 组成，基本上重新利用了两组现有的 400G 以太网逻辑，并将数据分布在八个 106.25 Gbps 物理通道上。由于重用了 400G 以太网 PCS 逻辑，因此前向纠错模块得以保留，从而，可以轻松兼容现有的物理层规范。然而，SoC 设计人员需要开发芯片来支持 800G 以太网，以满足所有发送和接收数据路径单元的要求，以实现最低的延迟和更高的带宽，同时尽量减少功耗过大和成本损失的问题。保持与较慢速度的向后兼容性也很重要，这将确保 800G 以太网和更高速的以太网被无缝采用并集成到现有数据中心。为了在 200G/400G/800G 网络中同时提供这种能力，逻辑区域和物理区域面临着多种挑战。在满足最低延迟、功耗和面积要求的同时，实现更快的时钟速度、并行路径和复杂的信令要求，是非常困难的。为了确保最低延迟和低重传率，需要的是高效的前向纠错码（FEC），来补偿更快通信速度带来的更高误码率。图 3 显示了一种 800G 芯片的参考原理图，该芯片具有 8 通道的 100G SerDes、800G PCS、MAC、测试逻辑和应用接口。实现芯片成功的关键之一在于，应用软件接口应具有强大的可测试性、可调试性功能。
结语
除了支持目标面积、延迟、性能、功耗和信号完整性的硅 IP 外，SoC 设计人员还需要所有必要的文档和可交付产品来实现快速集成。多年来，新思科技一直是以太网 IP 的领先开发商，在制定 800G 以太网和更高速以太网的规范方面发挥着不可或缺的作用。如今，新思科技已推出经过硅验证的 800G 以太网实现方案，客户可以参考这种方案来成功实现自己的芯片。新思科技为 112G 以太网 PHY、PCS 和 MAC 提供易于集成的交付产品，并提供专家级支持，通过缩短总体设计周期和帮助产品更快地上市，使客户的工作变得更加容易。作者：Synopsys 高级技术营销经理 Madhumita Sanyal
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