Xilinx促进有线通信市场向40G和100G网络基础设施的迁移
2009-02-04 13:37:22
来源：《半导体器件应用》2009年1-2月刊
1 前言
继前一个十年的爆炸性增长之后，电信市场正在经历新一轮整合发展时期，因特网的需求仍在继续推动产业的创新。目前，家庭视频和高级商业服务业务的快速发展对全球电信网络的带宽提出了更大挑战。这一挑战始于网络接入边缘，并直接延伸到城域网络和核心网络。为了响应上述需求，运营商正在追求包括40Gbps SONET（OC-768 和 OTU3）以及40GE以太网在内的更高的端口速率。越来越多的运营商更是瞄准了100GE端口速率。同时，IEEE的高速串行IO工作组有关40GE和100GE 标准（IEEE 802.3ba）的制定工作也已经接近尾声。
商业和经济的发展形势迫切地需要可扩展的、灵活的且高效益成本的技术解决方案，从而满足电信行业不断变化的需求和标准。为了跟上这些变化，加快超高带宽系统的部署，有线通信设备生产商正在从传统的专用集成电路（ASIC）和成品（ASSP）芯片转向可编程硬件平台和IP解决方案。
2 向40GE和100GE的发展
电信行业最新超高带宽标准将会影响到整个网络。这个网络即要支持目前产生利润的传统业务，同时还要满足运营商为降低运营成本而将核心网络升级为单个统一的基础设施的要求。为了保护网络免受黑客和灾难性故障的危害，加密和认证服务也成为强制性的要求。高级流量工程功能则可帮助生产商更高效地实现差异性的高质量端到端服务并更加易于实现收费和赢利。
到2016年，40GE和100GE系统有望达到42亿美元的年度营收额。对40GE和100GE等新的解决方案的最初需求主要来自大型数据和交换中心，但是最新的趋势表明，文件和存储虚拟化、高分辨率图像和视频等也需要更高速率的接口。
这些需求都对系统和硬件设计人员提出了多方面的挑战。他们开发的硬件在从10G 至 40G再到100G的迁移过程中，要能够满足10G/100G链路可靠运行的信号完整性要求。 除了必须支持多种连接协议，还要能够适应100G光学模块和媒体接入控制器（MAC）之间接口标准演化所带来的变化。当然，为了获得尽可能大的市场份额、营收和利润，设计人员还必须能够将新产品快速推向市场。
3 可编程技术的经济效益
过去几年时间里，现场可编程门阵列（FPGA）在网络和电信系统开发中的角色大大扩展，不再是仅仅用于集成电路板上不同元器件之间的桥接逻辑。随着FPGA的发展推动半导体工艺技术结点从今天的65nm转向40nm甚至更小，基于FPGA的解决方案既提供了专用芯片解决方案所具有的功能、性能和灵活性，同时又大大降低了开发成本。与ASSP相比，对于无法等待成品解决方案而又希望保持竞争力的开发人员来说，FPGA经常是唯一可选的解决方案。
随着FPGA器件成本不断降低以及密度和性能不断提高，今天的FPGA已经可以运行整个系统和子系统，适用的最终产品从最低端的DSLAM和以太网交换机直到最高端的核心路由器和WDM设备。设计人员不仅在系统原型中采用可编程器件，还在量产过程中越来越多地采用FPGA 器件。这就是有线通信业务能够继续成为赛灵思FPGA产品和解决方案最大市场的原因。过去几年时间里，来自有线通信市场的营收每年约为6亿美元，约占赛灵思总营业收入的35% 。
赛灵思预计2008年其有线通信解决方案的市场产值将超过70亿美元，年增长率超过7%。赛灵思大量投资开发参考设计、IP内核和软件工具，帮助有线通信系统开发人员将高性能Virtex®和低成本Spartan®系列FPGA集成到系统中。赛灵思有线通信解决方案支持范围广泛的应用，包括：
(1)网络传输市场；
(2)核心层：核心交换机、核心路由器、长途传输DWDM；
(3)城域层： 城域交换机、城域路由器、城域DWDM；
(4)边缘层：接入/汇接交换机、边缘路由器、PON（无源光学网络）、DSLAM、无线回传；
(5)企业网络市场；
(6)交换；
(7)安全。
4适用于40G和100G网络的低风险FPGA解决方案
得益于Virtex-5系列的模块化ASMBLTM架构，赛灵思能够快速经济地开发出满足不同市场发展要求的FPGA产品。为帮助开发人员更快地开发100G网络原型并且快速推出满足市场增长需求的新产品，赛灵思公司推出了Virtex-5 TXT FPGA平台以及相关的支持性IP和开发工具。Virtex-5 TXT FPGA平台性能列于表1。
Virtex-5 TXT FPGA包括二款器件，提供丰富的逻辑单元和块RAM组合以及最高密度的高速收发器。Virtex-5 TXT器件集成了多达48个RocketIOTM 6.5Gbps多速率收发器（数量达到Virtex-5 FXT FPGA的2倍），可以提供构建网络桥接设备所需要的600Gbps总带宽。 由于这些器件基于与其它Virtex-5 FPGA平台同样的硬件模块，因此其中嵌入的收发器已经由赛灵思进行了完全的参数化提取，同时还经过了客户的现场验证。
5 100GE MAC作为系统接口桥接
赛灵思公司与电信行业的标准化组织以及其它IP和硬件供应商密切合作，提供支持XAUI、RXAUI、Interlaken、SONET、ODN以及其它多个有线标准的解决方案。赛灵思公司与Sarance Technologies公司共同推出业界第一个100GE MAC解决方案，可以利用Virtex-5 FPGA实现全功能IEEE 802.3ba的标准。目前，采用了两片Virtex-5 FXT FPGA、10个外部10Gbps PHY以及众多系统侧接口的该解决方案已经在第1层供应商硬件原型上运行，参见图1。
采用了最新的Virtex-5 TXT FPGA平台的100GE MAC-to-Interlaken桥接解决方案在单片FPGA和三个外部多路SERDES复用器内集成了全部功能，提供了一个风险极低的选择。 在具体设计中，内建于GTX收发器的赛灵思专用64/66和 64/67编码/解码功能节约了近1/5的逻辑资源和功耗。
6 创新前沿
新推出的Virtex-5 TXT FPGA平台基于开发人员利用 Virtex-5器件支持超高带宽系统的经验。2006年11月，作为全球第一例100GbE传输在实际生产网络上的应用案例，赛灵思FPGA器件在由Finisar公司、美国Level3通信公司、Internet2协会以及加州大学圣克鲁兹分校（UCSC）联合举办的SC06国际会议上进行展示。Finisar公司与美国 Level3通信公司、Internet2协会 以及加州大学圣克鲁兹分校（UCSC）共同合作，成功地在坦帕市（美国佛罗里达州） 和休斯顿市（美国德克萨斯州）之间的约 4000英里的Level3 DWDM网络上进行了100GE业务传输展示。赛灵思FPGA把所有十组电信号传输到十组10Gbps XFP光学收发器，然后将信号转换为光信号进行传输。光信号传送到Infinera的商业化DTN交换WDM系统，然后再进入到 Level3 网络。
2008年6月，电信巨头Comcast公司宣布利用业界首个100GbE路由器接口在其现有骨干基础设施（Philadelphia 和McLean之间）上成功完成一项100GbE技术测试。该系统同样的采用了Sarance Technologies公司运行在Virtex-5 FXT FPGA上的高速以太网IP内核（HSEC） 。该内核现在可运行在 Virtex-5 TXT 平台。
7总结
可编程系统解决方案为开发范围广泛的有线电信应用提供了一种低成本、低风险的途径。FPGA构造的性能已经可以支持最高性能达100Gbps的应用。 做为全球可编程逻辑解决方案领导厂商，赛灵思公司密切关注客户和市场要求，通过研发硬件器件、软件和FPGA IP在适当的时间提供适当的解决方案，为有线电信行业向100GE迈进提供所需要的规模、经济效应和灵活性，同时帮助提供服务的质量。
1 Lightwave， April 2008， http://lw.pennnet.com/display_article/325344/13/ARTCL/none/none/1/40/100
2 Lightwave， January 2007， http://lw.pennnet.com/display_article/281527/13/ARTCL/none/none/1/Indust
继前一个十年的爆炸性增长之后，电信市场正在经历新一轮整合发展时期，因特网的需求仍在继续推动产业的创新。目前，家庭视频和高级商业服务业务的快速发展对全球电信网络的带宽提出了更大挑战。这一挑战始于网络接入边缘，并直接延伸到城域网络和核心网络。为了响应上述需求，运营商正在追求包括40Gbps SONET（OC-768 和 OTU3）以及40GE以太网在内的更高的端口速率。越来越多的运营商更是瞄准了100GE端口速率。同时，IEEE的高速串行IO工作组有关40GE和100GE 标准（IEEE 802.3ba）的制定工作也已经接近尾声。
商业和经济的发展形势迫切地需要可扩展的、灵活的且高效益成本的技术解决方案，从而满足电信行业不断变化的需求和标准。为了跟上这些变化，加快超高带宽系统的部署，有线通信设备生产商正在从传统的专用集成电路（ASIC）和成品（ASSP）芯片转向可编程硬件平台和IP解决方案。
2 向40GE和100GE的发展
电信行业最新超高带宽标准将会影响到整个网络。这个网络即要支持目前产生利润的传统业务，同时还要满足运营商为降低运营成本而将核心网络升级为单个统一的基础设施的要求。为了保护网络免受黑客和灾难性故障的危害，加密和认证服务也成为强制性的要求。高级流量工程功能则可帮助生产商更高效地实现差异性的高质量端到端服务并更加易于实现收费和赢利。
到2016年，40GE和100GE系统有望达到42亿美元的年度营收额。对40GE和100GE等新的解决方案的最初需求主要来自大型数据和交换中心，但是最新的趋势表明，文件和存储虚拟化、高分辨率图像和视频等也需要更高速率的接口。
这些需求都对系统和硬件设计人员提出了多方面的挑战。他们开发的硬件在从10G 至 40G再到100G的迁移过程中，要能够满足10G/100G链路可靠运行的信号完整性要求。 除了必须支持多种连接协议，还要能够适应100G光学模块和媒体接入控制器（MAC）之间接口标准演化所带来的变化。当然，为了获得尽可能大的市场份额、营收和利润，设计人员还必须能够将新产品快速推向市场。
3 可编程技术的经济效益
过去几年时间里，现场可编程门阵列（FPGA）在网络和电信系统开发中的角色大大扩展，不再是仅仅用于集成电路板上不同元器件之间的桥接逻辑。随着FPGA的发展推动半导体工艺技术结点从今天的65nm转向40nm甚至更小，基于FPGA的解决方案既提供了专用芯片解决方案所具有的功能、性能和灵活性，同时又大大降低了开发成本。与ASSP相比，对于无法等待成品解决方案而又希望保持竞争力的开发人员来说，FPGA经常是唯一可选的解决方案。
随着FPGA器件成本不断降低以及密度和性能不断提高，今天的FPGA已经可以运行整个系统和子系统，适用的最终产品从最低端的DSLAM和以太网交换机直到最高端的核心路由器和WDM设备。设计人员不仅在系统原型中采用可编程器件，还在量产过程中越来越多地采用FPGA 器件。这就是有线通信业务能够继续成为赛灵思FPGA产品和解决方案最大市场的原因。过去几年时间里，来自有线通信市场的营收每年约为6亿美元，约占赛灵思总营业收入的35% 。
赛灵思预计2008年其有线通信解决方案的市场产值将超过70亿美元，年增长率超过7%。赛灵思大量投资开发参考设计、IP内核和软件工具，帮助有线通信系统开发人员将高性能Virtex®和低成本Spartan®系列FPGA集成到系统中。赛灵思有线通信解决方案支持范围广泛的应用，包括：
(1)网络传输市场；
(2)核心层：核心交换机、核心路由器、长途传输DWDM；
(3)城域层： 城域交换机、城域路由器、城域DWDM；
(4)边缘层：接入/汇接交换机、边缘路由器、PON（无源光学网络）、DSLAM、无线回传；
(5)企业网络市场；
(6)交换；
(7)安全。
4适用于40G和100G网络的低风险FPGA解决方案
得益于Virtex-5系列的模块化ASMBLTM架构，赛灵思能够快速经济地开发出满足不同市场发展要求的FPGA产品。为帮助开发人员更快地开发100G网络原型并且快速推出满足市场增长需求的新产品，赛灵思公司推出了Virtex-5 TXT FPGA平台以及相关的支持性IP和开发工具。Virtex-5 TXT FPGA平台性能列于表1。
Virtex-5 TXT FPGA包括二款器件，提供丰富的逻辑单元和块RAM组合以及最高密度的高速收发器。Virtex-5 TXT器件集成了多达48个RocketIOTM 6.5Gbps多速率收发器（数量达到Virtex-5 FXT FPGA的2倍），可以提供构建网络桥接设备所需要的600Gbps总带宽。 由于这些器件基于与其它Virtex-5 FPGA平台同样的硬件模块，因此其中嵌入的收发器已经由赛灵思进行了完全的参数化提取，同时还经过了客户的现场验证。
5 100GE MAC作为系统接口桥接
赛灵思公司与电信行业的标准化组织以及其它IP和硬件供应商密切合作，提供支持XAUI、RXAUI、Interlaken、SONET、ODN以及其它多个有线标准的解决方案。赛灵思公司与Sarance Technologies公司共同推出业界第一个100GE MAC解决方案，可以利用Virtex-5 FPGA实现全功能IEEE 802.3ba的标准。目前，采用了两片Virtex-5 FXT FPGA、10个外部10Gbps PHY以及众多系统侧接口的该解决方案已经在第1层供应商硬件原型上运行，参见图1。
采用了最新的Virtex-5 TXT FPGA平台的100GE MAC-to-Interlaken桥接解决方案在单片FPGA和三个外部多路SERDES复用器内集成了全部功能，提供了一个风险极低的选择。 在具体设计中，内建于GTX收发器的赛灵思专用64/66和 64/67编码/解码功能节约了近1/5的逻辑资源和功耗。
6 创新前沿
新推出的Virtex-5 TXT FPGA平台基于开发人员利用 Virtex-5器件支持超高带宽系统的经验。2006年11月，作为全球第一例100GbE传输在实际生产网络上的应用案例，赛灵思FPGA器件在由Finisar公司、美国Level3通信公司、Internet2协会以及加州大学圣克鲁兹分校（UCSC）联合举办的SC06国际会议上进行展示。Finisar公司与美国 Level3通信公司、Internet2协会 以及加州大学圣克鲁兹分校（UCSC）共同合作，成功地在坦帕市（美国佛罗里达州） 和休斯顿市（美国德克萨斯州）之间的约 4000英里的Level3 DWDM网络上进行了100GE业务传输展示。赛灵思FPGA把所有十组电信号传输到十组10Gbps XFP光学收发器，然后将信号转换为光信号进行传输。光信号传送到Infinera的商业化DTN交换WDM系统，然后再进入到 Level3 网络。
2008年6月，电信巨头Comcast公司宣布利用业界首个100GbE路由器接口在其现有骨干基础设施（Philadelphia 和McLean之间）上成功完成一项100GbE技术测试。该系统同样的采用了Sarance Technologies公司运行在Virtex-5 FXT FPGA上的高速以太网IP内核（HSEC） 。该内核现在可运行在 Virtex-5 TXT 平台。
7总结
可编程系统解决方案为开发范围广泛的有线电信应用提供了一种低成本、低风险的途径。FPGA构造的性能已经可以支持最高性能达100Gbps的应用。 做为全球可编程逻辑解决方案领导厂商，赛灵思公司密切关注客户和市场要求，通过研发硬件器件、软件和FPGA IP在适当的时间提供适当的解决方案，为有线电信行业向100GE迈进提供所需要的规模、经济效应和灵活性，同时帮助提供服务的质量。
1 Lightwave， April 2008， http://lw.pennnet.com/display_article/325344/13/ARTCL/none/none/1/40/100
2 Lightwave， January 2007， http://lw.pennnet.com/display_article/281527/13/ARTCL/none/none/1/Indust
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