傳統(tǒng)的平行總線架構(gòu)已經(jīng)成為歷史。提高時(shí)鐘頻率和最大限度地減小相位差(skew) 和延遲而導(dǎo)致的復(fù)雜度的增加，以及對(duì)信號(hào)噪聲和干擾的控制，已大大超出了傳統(tǒng)的總線架構(gòu)的能力。

今天，通信、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師正在尋求更高的系統(tǒng)帶寬，以加速向串行總線架構(gòu)的轉(zhuǎn)移。這些自動(dòng)計(jì)時(shí)的總線結(jié)構(gòu)消除了數(shù)據(jù)與時(shí)鐘線之間的相位差，為更快的數(shù)據(jù)傳輸速率和更高的每引腳帶寬打開(kāi)了一扇大門。而且，這樣做為高度靈活和具有成本效益的解決方案奠定了基礎(chǔ)。

另外，一種技術(shù)應(yīng)該可以滿足多種應(yīng)用，設(shè)計(jì)師和 OEM 廠商發(fā)現(xiàn)，無(wú)論這些技術(shù)是基于標(biāo)準(zhǔn)的還是專用的，最佳的解決方案需要針對(duì)不同應(yīng)用采用不同的串行互連技術(shù)。每一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)當(dāng)提供唯一的性能屬性、成本結(jié)構(gòu)、管理能力及服務(wù)和可靠性水平。每項(xiàng)技術(shù)也為未來(lái)的產(chǎn)品擴(kuò)展和發(fā)展提供了與眾不同的機(jī)會(huì)。

本文旨在為業(yè)內(nèi)人士和正在這一快速發(fā)展的領(lǐng)域做出選擇的公司提供一個(gè)指導(dǎo)。本文通過(guò)描述不同串行 I/O 互連標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)和性能，以及鑒別使那些技術(shù)獲得最佳效果的應(yīng)用，為那些不斷增加的、正在評(píng)估串行互連技術(shù)的設(shè)計(jì)公司、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商和OEM提供有價(jià)值的資源。

市場(chǎng)趨勢(shì)

串行交換產(chǎn)品市場(chǎng)通常能夠分為兩個(gè)細(xì)分市場(chǎng)：通信和網(wǎng)絡(luò)，以及企業(yè)服務(wù)器和存儲(chǔ)。

在通信和網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)，串行互連可應(yīng)用于各種各樣的設(shè)備，包括：

?邊沿/接入路由器
?多業(yè)務(wù)交換器
?城域以太網(wǎng)
?寬帶接入
?線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)
?無(wú)線
oRNC/SGSN/GGSN
o基站 （微微//微/宏蜂窩）
?媒介網(wǎng)關(guān)
?軟交換器
?通信服務(wù)器

IDT洞悉了通信和網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的廣泛變化，即在系統(tǒng)組件和機(jī)架方面都在由專用向基于標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品方向發(fā)展。為了避免過(guò)于依賴于單一的專用交換提供商，以及與日俱增的要求減少內(nèi)部研發(fā)成本的壓力，使服務(wù)提供商和設(shè)備開(kāi)發(fā)商正向基于標(biāo)準(zhǔn)的交換構(gòu)架靠攏。

對(duì)基于標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)的最新關(guān)注將推動(dòng)由PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商組織 (PCI Industrial Computer Manufacturers Group, or PICMG) 開(kāi)發(fā)的基于先進(jìn)電信計(jì)算架構(gòu) (Advanced Telecom Computing Architecture，ATA) 規(guī)范的系統(tǒng)的采用。這一規(guī)范定義了采用交換結(jié)構(gòu)和速率從2.5 Gbit/秒到 2.5 Tbits/秒的串行連接技術(shù)的基于背板的系統(tǒng)。ATCA3.0 標(biāo)準(zhǔn)既概述了包括物理特性，如系統(tǒng)的機(jī)架形狀、熱量管理、電源管理及電氣信號(hào)，還定義了現(xiàn)有的中央辦公室和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的機(jī)械和物理尺寸。但是它沒(méi)有定義結(jié)構(gòu)協(xié)議，而是支持采用針對(duì)不同應(yīng)用的多種協(xié)議。市場(chǎng)調(diào)查公司RHK的分析師預(yù)測(cè)，在ATCA 未來(lái)的增長(zhǎng)方面，到2007年其市場(chǎng)容量將達(dá)到7萬(wàn)臺(tái)。

由于業(yè)界統(tǒng)一了基于標(biāo)準(zhǔn)的硬件，OEM廠商將自然而然地在軟件、服務(wù)和銷售渠道支持方面尋求與眾不同。但是，與此同時(shí)，對(duì)性能的要求將繼續(xù)增加。用戶已經(jīng)開(kāi)始迫切需求串行數(shù)據(jù)速率超過(guò)5 Gbits/秒的背板。他們也對(duì)與串行互連緊密相關(guān)和不太相關(guān)的板上交換器件感興趣。

在企業(yè)級(jí)服務(wù)器和存儲(chǔ)領(lǐng)域，串行互連已用于以下的主要設(shè)備：

?母板服務(wù)器
?刀片服務(wù)器
?磁盤存儲(chǔ)陣列
?存儲(chǔ)服務(wù)器
?網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)
?光纖通道系統(tǒng)

作為PCI 的繼承者，PCI Express (PCIe) 已經(jīng)贏得這一市場(chǎng)的廣泛接受，首先是在芯片到芯片互連，隨后是在背板方面。OEM 廠商將首先在網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)市場(chǎng)采用了PCIe技術(shù)，在明年將提供原生PCIe 硬件。

針對(duì)應(yīng)用的高帶寬端點(diǎn)，如千兆位以太網(wǎng)、光纖通道、SATA 和串行 SCSI 也將在2005年進(jìn)入市場(chǎng)，而CPU芯片組上PCIe 端口的有限可用性將可能推動(dòng)PCIe 扇出產(chǎn)品的應(yīng)用。模型和系統(tǒng)配置的應(yīng)用近期仍保留在初級(jí)階段。

與此同時(shí)，到明年，OEM廠商將開(kāi)始配置基于PCIe 的針對(duì)快速增加的 I/O 的刀片系統(tǒng)。國(guó)際數(shù)據(jù)公司 (IDC) 預(yù)測(cè)，刀片服務(wù)器市場(chǎng)將快速增長(zhǎng)，從2004年的40萬(wàn)臺(tái)猛增到2008年的超過(guò)257萬(wàn)臺(tái)。

在未來(lái)幾年，InfiniBand 和新興的先進(jìn)交換互連 (Advanced Switching Interconnect，ASI) 協(xié)議將力爭(zhēng)得到高端多處理器服務(wù)器和存儲(chǔ)市場(chǎng)的接受。作為第一個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)的高端協(xié)議，InfiniBand將在競(jìng)爭(zhēng)解決方案中保持其顯著的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。然而，從長(zhǎng)期看，ASI的服務(wù)質(zhì)量 (QoS) 、安全性和組播等內(nèi)在優(yōu)勢(shì)，以及其與PCIe硬件的兼容性，將使之成為一個(gè)更具有吸引力的選擇，并推動(dòng)其在中高端服務(wù)器集群和存域網(wǎng)等領(lǐng)域的接受。

競(jìng)爭(zhēng)的串行互連技術(shù)

大量的主要結(jié)構(gòu)和器件互連協(xié)議可以通過(guò)普通功能（互連基架、背板、板上位）組織起來(lái)，從而保持主要和從屬的匹配。主要匹配表示該協(xié)定是最佳的，而且具有普通功能作為主要的使用模型。從屬匹配認(rèn)為用戶可能采用該標(biāo)準(zhǔn)，但是需要解決次佳的性能或者實(shí)現(xiàn)成本削減等。

主要協(xié)議對(duì)比

先進(jìn)交換和背板以太網(wǎng)

在需要“數(shù)據(jù)通道結(jié)構(gòu)”的通信應(yīng)用領(lǐng)域，ASI比以太網(wǎng)更具杰出的性能和價(jià)值。ASI具有從基層直到支持運(yùn)營(yíng)級(jí)的性能，可提供服務(wù)質(zhì)量 (QoS)、高水平的可靠性、出色的性能和廣泛的可升級(jí)性。它同時(shí)支持針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng) (WAN) 應(yīng)用的多重協(xié)議，并可提供使系統(tǒng)保持在流量管理架構(gòu)控制狀態(tài)的無(wú)縫結(jié)構(gòu)。單從性能角度來(lái)說(shuō)，ASI 為基于標(biāo)準(zhǔn)的外形尺寸提供了向10 Gbits/秒甚至更高速率方向發(fā)展的可能。

比較而言，盡管有許多產(chǎn)品，以太網(wǎng)不能對(duì)運(yùn)營(yíng)級(jí)的服務(wù)質(zhì)量或提供支持和性能保證。以太網(wǎng)背板的流量管理架構(gòu)受到以太網(wǎng)交換器的流量管理能力的限制。因此，系統(tǒng)提供商不能使這種功能有所區(qū)別。作為針對(duì)不可靠傳輸媒介的低成本網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種架構(gòu)允許丟失信息包，它依賴TCP/IP層的端到端可靠性，且流量控制能力最小。最后，這一架構(gòu)必須額外提供4倍的背板帶寬，以彌補(bǔ)協(xié)議與產(chǎn)品的不足。

然而，以太網(wǎng)的普遍采用和大量安裝基數(shù)也提供了許多重要的優(yōu)勢(shì)。例如，由于生產(chǎn)規(guī)模的優(yōu)勢(shì)，提供商能夠以非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格提供以太網(wǎng)交換器。而且，因?yàn)檫@一技術(shù)已經(jīng)在廣泛的應(yīng)用中被多種產(chǎn)品采用，該架構(gòu)對(duì)于設(shè)計(jì)公司和OEM廠商來(lái)說(shuō)也更加熟悉。因此，在許多“上行鏈路”就使用本地以太網(wǎng)的接入/集合系統(tǒng)中，如E-PON系統(tǒng)，以太網(wǎng)有時(shí)很有可能仍然是互連系統(tǒng)的選擇。

ASI 和 非透明橋接的PCI Express 交換

非透明橋接的PCIe交換為需要實(shí)現(xiàn)高速PCI管理層的多處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)非常誘人的選擇。這些設(shè)計(jì)師仍然希望最大限度地降低成本，并且保留其現(xiàn)有PCI軟件的基礎(chǔ)架構(gòu)。該技術(shù)與透明PCI到PCI橋接不同，它增加了總線區(qū)段之間的地址域隔離。反過(guò)來(lái)，它可使多處理器配置中的一個(gè)處理器依次作為主機(jī)或結(jié)構(gòu)管理器，從而消除系統(tǒng)控制的沖突。這一方法為減少分布式處理器的數(shù)量和操作系統(tǒng)的限制要求，并使擁塞管理需求最小化的應(yīng)用提供了一個(gè)低成本的解決方案。然而，它要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)師為用戶提供軟件補(bǔ)丁。

采用ASI芯片的多處理器架構(gòu)為多于6個(gè)處理器，且處理器間的通信需要低等待時(shí)間環(huán)境的系統(tǒng)提供了一個(gè)更強(qiáng)大的解決方案。ASI 不依賴于地址路由，而是增加了可提供對(duì)等通信和共享 I/O 接入機(jī)制的特性。這些能力使設(shè)計(jì)師無(wú)需采用非透明橋接，就可均等地配置多處理器系統(tǒng)。與此同時(shí)，ASI 為基于插座的接口通信或基于PCIe架構(gòu)編寫的現(xiàn)有軟件提供了一個(gè)移植途徑，從而保存了軟件開(kāi)發(fā)的價(jià)值。由于ASI 在物理和數(shù)據(jù)鏈接水平上與PCIe架構(gòu)兼容，設(shè)計(jì)師能夠輕易構(gòu)建整合了兩種技術(shù)的系統(tǒng)。事實(shí)上，大多數(shù)主要的微處理器提供商正在計(jì)劃引進(jìn)集成了PCIe端口的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品將與ASI 中樞連接并通過(guò)非透明PCIe橋接器與內(nèi)置ASI 芯片共存。

先進(jìn)交換與InfiniBand

InfiniBand 是專門為數(shù)據(jù)中心集群等高端計(jì)算應(yīng)用而定制的。其軟件集約的協(xié)議、復(fù)雜的尋址和路由配置使機(jī)架到機(jī)架的互連擴(kuò)大到成百或成千個(gè)節(jié)點(diǎn)。支持這些應(yīng)用以及最小的擁塞管理需要豐富的協(xié)議。然而，在有限的應(yīng)用空間下，InfiniBand 只能提供有限的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益和適度的軟件支持。一些高端存儲(chǔ)應(yīng)用也使用 InfiniBand 作為背板互連技術(shù)，因?yàn)樵趧倓偙灰M(jìn)市場(chǎng)時(shí)，它是唯一的低等待時(shí)間、高可靠性和可升級(jí)的技術(shù)。

除了為有效的路由配置提供所需的特性外，ASI還具有提高流量控制和擁塞管理，以及跨協(xié)議的能力。這些能力為與日俱增的采用 I/O 虛擬化和分解架構(gòu)的服務(wù)器和存儲(chǔ)應(yīng)用提供了一種誘人的優(yōu)勢(shì)。而且，通過(guò)擴(kuò)展PCIe的能力和融合其生態(tài)系統(tǒng)，ASI為設(shè)計(jì)師提供了保留靈活性規(guī)模和軟件支持的經(jīng)濟(jì)效益。

建議的使用模型

面向已定的市場(chǎng)應(yīng)用，下面的表格總結(jié)了最傾向采用的互連協(xié)議組合，針對(duì)既定的市場(chǎng)應(yīng)用和普通系統(tǒng)功能。

應(yīng)用舉例

有線通信使用模型

在這一應(yīng)用中，系統(tǒng)將利用ASI 提供的性能豐富的協(xié)議優(yōu)勢(shì)，包括擁塞管理、服務(wù)質(zhì)量、多點(diǎn)傳送、混合數(shù)據(jù)及控制層傳輸?shù)饶芰?。這些系統(tǒng)需要以運(yùn)營(yíng)級(jí)的性能和可靠性，在一個(gè)潛在擁塞的環(huán)境中支持多種傳輸類型。

在要求運(yùn)營(yíng)級(jí)的性能和可靠性的同時(shí)，這些系統(tǒng)也要求提供處理混合數(shù)據(jù)傳輸類型的能力。在傳輸類型組合上增加一個(gè) DSP 集群刀片， AS 背板就能夠?yàn)闊o(wú)線基礎(chǔ)架構(gòu)提供所需的一系列穩(wěn)定特性，以及針對(duì)控制層和數(shù)據(jù)層傳輸?shù)摹皶?huì)聚”結(jié)構(gòu)的靈活性。這最終降低了分類數(shù)據(jù)層和控制層的擁有成本。

無(wú)線基站使用模型和簡(jiǎn)要目錄

這些系統(tǒng)非常依賴于DSP束進(jìn)行基帶處理，串行RIO交換器提供在DSP之間性價(jià)比高的數(shù)據(jù)傳輸，在每個(gè)卡上通過(guò)串行RapidIO端口。新增的橋接器實(shí)現(xiàn)靈活的背板，從而適應(yīng)基于廣泛協(xié)議的設(shè)計(jì)，比如CPRI、OBSAI、GbE、PCIe 或者 AS。

服務(wù)器母板使用模型

這些應(yīng)用依賴于所使用的PCIe交換器提供的附加 I/O 插槽和板上連接性。這種情況更多地發(fā)生在 2路和 4路服務(wù)器上。現(xiàn)有的PCI-X 插槽可以改為一個(gè)PCIe 到 PCI-X 的橋接器。

存儲(chǔ)系統(tǒng)使用模型

由于存儲(chǔ)系統(tǒng)開(kāi)始向PCIe技術(shù)轉(zhuǎn)移，對(duì)PCI Express 交換器能力的需求將會(huì)增加，以便采用非透明橋接支持 I/O 高性能擴(kuò)展、數(shù)據(jù)密集端點(diǎn)，如光纖通道、RAID適配卡和冗余的1:1架構(gòu)。

市場(chǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)

有線通信

ASI 將為這一市場(chǎng)提供的無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)將推動(dòng)這一技術(shù)在背板上的應(yīng)用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，ASI將為以太網(wǎng)相關(guān)的市場(chǎng)提供引人注目的性能和成本優(yōu)勢(shì)，包括一種以太網(wǎng)無(wú)法復(fù)制的集成的數(shù)據(jù)層和控制層方案。Rapid Fabric市場(chǎng)容量太小，無(wú)法與背板結(jié)構(gòu)的市場(chǎng)價(jià)值相比。

板上互連的變化取決于使用的子系統(tǒng)線卡。NPU刀片服務(wù)器開(kāi)發(fā)商很可能轉(zhuǎn)向SPI-4.2 或 SPI-3 接口，并在局域控制層互連采用某種PCIe解決方案。CPU卡開(kāi)發(fā)商將采用 PCIe 技術(shù)，而 DSP卡設(shè)計(jì)商將選擇串行 RapidIO 解決方案。

無(wú)線通信

RapidIO 對(duì)于涉及對(duì)等處理和依靠如DSP之類的嵌入式處理器件的無(wú)線基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用具有特殊的適配性。串行 RapidIO 非常適合實(shí)現(xiàn)在分配處理環(huán)境，如DSP 集群中的適宜性能，同時(shí)提供必須的擴(kuò)展、升級(jí)、兼容和可靠性。與此同時(shí)最小化以幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)衡量的系統(tǒng)成本。適合的網(wǎng)路間橋接器將允許在刀片系統(tǒng)，如裝備可實(shí)現(xiàn)ASI背板的基于ATCA 的機(jī)架，之內(nèi)配置串行 RapidIO 線路板。

服務(wù)器

PCIe交換器和橋接器為設(shè)計(jì)師尋求 I/O 擴(kuò)展能力，同時(shí)仍然保持與現(xiàn)有的PCI-X/PCI 系統(tǒng)的橋接提供了最誘人的選擇。未來(lái)對(duì) I/O 虛擬化和處理器間通信的要求能夠利用ASI解決方案或PCIe的改良版實(shí)現(xiàn)。ASI 將為與分解架構(gòu)一起建立起來(lái)的系統(tǒng)提供一個(gè)頗具吸引力的選擇，而以太網(wǎng)仍然將是刀片服務(wù)器架構(gòu)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

存儲(chǔ)

ASI 將直接與 Infinband 爭(zhēng)奪中高端市場(chǎng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由快速擴(kuò)展的PCIe基礎(chǔ)架構(gòu)所推動(dòng)的ASI的價(jià)格和性能優(yōu)勢(shì)，將最終被證明對(duì)存儲(chǔ)應(yīng)用具有強(qiáng)勁的優(yōu)勢(shì)。