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  • 以太网Switch和PHY芯片产商名录及产品列表 2008年,以太网器件市场年销售额已经超过了20亿美元。然而伴随着全球性的经济衰退,2009年的销售额又萎缩至20亿美金以下。预计该市场会在2011年复苏并持续...

    2008年,以太网器件市场年销售额已经超过了20亿美元。然而伴随着全球性的经济衰退,2009年的销售额又萎缩至20亿美金以下。预计该市场会在2011年复苏并持续增长,至2013年增至30亿美金。

    这种总体增长下,有一些大的趋势和重要的厂商。主要的趋势包括低成本FE、GE的SMB/SOHO switch,数据中心的10GbE部署,承载以太网(Carrier Ethernet)的switch。SMB/SOHO向高集成度和低功耗转换。领先的SMB/SOHO芯片供应商包括Broadcom, Marvell, Realtek,和Vitesse。

    数据中心包括服务器和存储资源。虚拟化使得这些资源实现共享并增加了服务器的利用率。这要求更大的I/O带宽,导致了10GE服务器和交换机端口的增加。10GE同样是汇聚存储和数据中心的长期方案。为更好地支持数据中心应用,IEEE针对以太网增强了lossless操作和QoS。此外,刚完成的FCoE协议定义了FC存储数据通过以太网通道的传输。

    然而10GE市场的缓慢发展导致了一些厂商退出。交换机市场上,Fujitsu已经停止了产品研发和新产品设计。在2009年,Marvell加入了同Broadcom和Fulcrum在10GE Switch上的战局。

    除了Switch,本文还涵盖了10GE的光口、铜口和背板PHY的设计。大部分的OEM厂商都选用了SFP+光模块,用于多端口的10GE线卡。SFP+还定义了Direct Attached Cable应用,提供了数据中心中低成本的机架互联方案。OEM厂商也在寻求10GBase-LRM方案用于减少光模块价格,但是部署了该技术的产品还很少。

    光口PHY的主要产商包括:NetLogic, AppliedMicro, Broadcom, ClariPhy, Cortina, Phyworks以及Vitesse。当中一些产商还更改规格至10GE的背板应用,并且已经被一些大的OEM所采用,例如HP。显然,有太多的厂商都分享着10GE的蛋糕,整合和收购是不可避免的。

    因为高功耗和高成本,10GBase-T PHY的出货量一直很少。但是大部分OEM都预期其出货量会比光口多。

    10GBase-T的各路厂商中,Teranetics是第一家推出功耗低于6W芯片的。2010年的竞赛围绕低于4W的10GBase-T和Energy Efficient Ethernet (EEE)特性的推出而展开。其他厂商包括:Aquantia, Broadcom, Plato Networks, Solarflare以及一些宣布会推出此类产品的厂商。

    IEEE 802.3ba工作组致力于正在忙于定义比10Gbps更快的40Gbps和100Gbps以太网物理层标准。2009年底,这些标准取得了重大的突破。NetLogic发布了PHY方案,可以和Xilinx和Altera的FPGA配合使用。

    承载以太网CE代表了另外一个10G以太网Switch和PHY的增长点。承载系统的以太网交换机需求关注不同于企业级的交换机。甚至对于不同的CE应用,接入系统的需求都不同于边缘系统,一些厂商增强了企业级的Switch芯片来满足CE的需求。另外,数个厂商同样致力于研发优化CE应用的Switch。包括Centec, Ethernity, Tpack, Vitesse, Xelerated以及行业领导者Marvell和Broadcom。

    在数据中心,大型企业,MAN/WAN,switch fabric都需要来满足高扩展性、可用性和性能需求。 Dune Networks这家初创公司(已经被Broadcom收购)是switch fabric芯片的领导者。2009年,Broadcom推出了几款switch fabric芯片,并宣称提供一些独一无二的特性。拥有两个switch fabric的选择,更多的OEM厂商可以从ASIC中抽身到商用芯片上。  


    附录一 以太网SwitchPHY芯片产商名录及产品列表

    AMCC    

    10Gbps PHY chips                 QT2022   QT2025   QT2225

    Aquantia

    PHY products                         AQ1002   AQ1103   AQ1202   AQ1401

    NetLogic

    PHY chips                                AEL1010   AEL2005   AEL2020   NLP1042   NLP2042

    SFI/XFI retimer devices         AEL2003   AEL2006   NLP2342

    Backplane transceivers          AEL3005   AEL3020   NLP3042

    Plato    

    10GBase-T PHY                       PLT4001

    Realtek    

    GbE switch chips                     RTL8366   RTL8368   RTL8377M   RTL8389M

    Solarflare    

    PHYs                                          SFT9001   SFT9002

    Teranetics    

    PHYs                                          TN2022   TN2020

    Tpack     

    TPX devices                             TPX3103   TPX4004

     

    Broadcom    

    StrataXGS 4 switch                 BCM56224  BCM56226  BCM56524  BCM56624 BCM56626  BCM56820 BCM56720

    SMB switch chips                   BCM53115  BCM53118  BCM53313  BCM53314 BCM53718

    XGS core fabric                        BCM8823x  BCM88130

    10Gbps transceivers              BCM8705   BCM8706    BCM8727     BCM8071   BCM8073    BCM8481   BCM84812

    Centec    

    Switch chip                               CTC6048  

    Fulcrum   

    Switch chips                             FM4103   FM4104   FM4112   FM4208   FM4212   FM4224   FM4410

    Marvell    

    Prestera-DX enterprise products   DX247   DX249   DX273   DX285   DX4100

    Prestera-CX products               CX8248   CX8234   CX8223   CX8224

    SOHO switch chips                   E6123   E6161   E6165

    Dune    

    Petra devices                              P130   P220   P230   P330

    Vitesse    

    GbE switch chips  G-RocX VSC7501     SparX-G5e VSC7395    SparX-G8e VSC7398   SparX-G16 VSC7389

                               SparX-G24 VSC7390   SparX-II VSC7401 SparX-II VSC7405     E-StaX-34 VSC7407

    10GbE PHYs         VSC8238   VSC8242   VSC8486

    Xelerated    

    Switch chips         AX310   AX340

     

    Ethernity    

    ENET devices             ENET3x00   ENET4x00

    参看Linley Group

     

    附录二 英文原文

    The Ethernet component market in 2008 had annual revenue greater than $2 billion. With the global recession of 2009, however, we project the market will shrink to less than $2 billion. We expect the Ethernet market to recover in 2011 and continue to grow to $3 billion by 2013. In this report, we break down this growth for switches and PHYs for different data rates. We also break down the market share for each of the major vendors of switches and PHYs.

    Beneath this overall growth, there are significant trends and key players. The major trends include gradual conversion of low-cost SMB/SOHO switches from Fast Ethernet (FE) to Gigabit Ethernet (GbE), deployment of 10G Ethernet (10GbE) in data centers, and growth in Carrier Ethernet switches. The SMB/SOHO transition is creating products that have high integration and low power dissipation. The leading chip vendors for SMB/SOHO products are Broadcom, Marvell, Realtek, and Vitesse. We examine the strategies, current products, and future plans for each of these vendors.

    Data centers are consolidating both servers and storage resources. Virtualization allows these resources to be shared and increases server utilization. This increase requires greater I/O bandwidth and thus drives the need for 10GbE server and switch ports. 10G Ethernet is also the long term solution for converging the storage and data networks. To better support data-center applications, the IEEE is enhancing Ethernet for lossless operation and improved QoS. In addition, the recently finalized Fibre Channel over Ethernet (FCoE) standard defines the transmission of storage traffic over an Ethernet channel.

    The merchant market for 10GbE, however, has been slow to develop, resulting in several casualties. In the switch market, Fujitsu has discontinued product development and is not pursuing new designs. In 2009, Marvell joined Broadcom and Fulcrum as a 10GbE switch silicon vendor. We analyze the products from these vendors on the merits of each product for different applications.

    In addition to switches, this report covers 10GbE PHYs designed for optical media, copper media, and backplanes. Most OEMs are adopting SFP+ optical modules, which enable multiport 10GbE line cards. SFP+ also defines a direct-attach option that provides a low-cost solution for connecting racks in a data center. OEMs are also looking at 10GBase-LRM to reduce the cost of optical modules, but deployments of this technology continue to be small.

    The leading players for optical PHYs include AppliedMicro, Broadcom, ClariPhy, Cortina, NetLogic, Phyworks, and Vitesse. Several of these vendors modify their optical PHYs for 10GbE backplanes, which are already being adopted by major OEMs such as HP. Clearly, there are too many vendors chasing this market; consolidation is inevitable.

    Owing to high power dissipation and cost, the volume for 10GbE-overcopper (10GBase-T) PHYs has been small, but most OEMs expect these PHYs to eventually ship in greater volumes than their optical counterparts.

    Among the several vendors targeting 10GBase-T PHYs, Teranetics was the first to deliver a production-ready device that consumes less than 6W. For 2010, the race is on to produce a sub-4W 10GBase-T PHY and integrate Energy Efficient Ethernet (EEE) features. Other vendors in this category include Aquantia, Broadcom, Plato Networks, Solarflare, and a couple of vendors yet to announce products.

    Beyond 10Gbps, the IEEE 802.3ba working group is defining physical layer standards for Ethernet at 40Gbps and 100Gbps. These standards have progressed sufficiently to enable sampling of silicon products by the end of 2009. The initial products include FPGAs from Xilinx and Altera as well as PHYs from NetLogic.

    Carrier Ethernet (CE) represents another growth area for vendors of Ethernet switches and PHYs. The requirements of Ethernet switches for carrier systems differ from those of enterprise switches. Even among CE applications, products for access systems have different requirements than those for edge systems. Some vendors are enhancing their existing enterprise-focused switch chips to meet CE requirements. Additionally, several vendors are either sampling or developing switch chips optimized for CE applications. These vendors include Centec, Ethernity, Tpack, Vitesse, and Xelerated in addition to market leaders Marvell and Broadcom.

    Within the data center, large enterprise, and metro/wide-area networks, switch fabrics are needed to meet high-end scalability, availability, and performance requirements. Dune Networks is the leading supplier of switch-fabric chips, outlasting the early group of startups. In 2009, Broadcom significantly updated its switch-fabric chips, which now offer several unique features. With two choices of excellent switch fabrics, more OEMs may be enticed to move from ASICs to merchant silicon. To help with this transition, we offer an independent comparison of these fabrics.

    For each of these markets—SMB/SOHO, enterprise, data center, and Carrier Ethernet—this report provides technical background, typical systems, and market trends. The report analyzes the vendors and their products for these markets. Finally, we compare products in each category and provide guidance on the best product for different applications.

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    PHY指物理层,OSI的最底层。
    一般指与外部信号接口的芯片。
    以太网PHY芯片
           网络中最基础的部件是什么?不是交换机也不是路由器,而是小小的不起眼但又无处不在的网卡。如果在5年前,或许网卡与您无关,但在如今这网络的时代,无论是上网冲浪还是联网玩游戏,都离不开网卡,更何况,就算您不食人间烟火,多数主板上也会为您集成一块板载网卡。所以,对于想迈入网络之门的读者而言,先认识网卡,会让您在进行各种网络应用时更得心应手。
    一、网卡的主要特点
           网卡(Network Interface Card,简称NIC),也称网络适配器,是电脑与局域网相互连接的设备。无论是普通电脑还是高端服务器,只要连接到局域网,就都需要安装一块网卡。如果有必要,一台电脑也可以同时安装两块或多块网卡。
    电脑之间在进行相互通讯时,数据不是以流而是以帧的方式进行传输的。我们可以把帧看做是一种数据包,在数据包中不仅包含有数据信息,而且还包含有数据的发送地、接收地信息和数据的校验信息。一块网卡包括OSI模型的两个层——物理层和数据链路层。物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等,并向数据链路层设备提供标准接口。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。
    网卡的功能主要有两个:一是将电脑的数据封装为帧,并通过网线(对无线网络来说就是电磁波)将数据发送到网络上去;二是接收网络上其它设备传过来的帧,并将帧重新组合成数据,发送到所在的电脑中。网卡能接收所有在网络上传输的信号,但正常情况下只接受发送到该电脑的帧和广播帧,将其余的帧丢弃。然后,传送到系统CPU做进一步处理。当电脑发送数据时,网卡等待合适的时间将分组插入到数据流中。接收系统通知电脑消息是否完整地到达,如果出现问题,将要求对方重新发送。
    二、图解网卡
          以最常见的PCI接口的网卡为例,一块网卡主要由PCB线路板、主芯片、数据汞、金手指(总线插槽接口)、BOOTROM、EEPROM、晶振、RJ45接口、指示灯、固定片等等,以及一些二极管、电阻电容等组成。下面我们就来分别了解一下其中主要部件。
    ●主芯片

          网卡的主控制芯片是网卡的核心元件,一块网卡性能的好坏和功能的强弱多寡,主要就是看这块芯片的质量。以常见的Realtek公司推出的RTL8139C 和RTL8139D为例,二者首先在封装上略有不同,前者是128pin QFP/LQFP而后者为100pin,其次在搭配的EEPROM上,8139C比后者多出了对93c56的支持,而8139D是93C46。但是在功能方面,8139D更强一些,它多提供了对PCI Multi-function和PCI-bridge I/F的支持,PCI Multi-function允许把RTL8139D芯片和其他的功能芯片(如硬件调制解调芯片)设计在同块PCB板上协同工作来做成不同种类的多功能卡,在其中8139起的作用是辨别LAN信号还是PCI总线信号的作用;8139D还增强了电源管理功能。
    如果按网卡主芯片的速度来划分,常见的10/100M自适应网卡芯片有Realtek 8139系列/810X系列、VIA VT610*系列、Intel 82550PM/82559系列、Broadcom 44xx系列、3COM 3C920系列、Davicom DM9102、Mxic MX98715等等。
    常见的10/100/1000M自适应网卡芯片有Intel的8254*系列,Broadcom的BCM57**系列,Marvell的 88E8001/88E8053/88E806*系列,Realtek的RTL8169S-32/64、RTL8110S-32/64(LOM)、 RTL8169SB、RTL8110SB(LOM)、RTL8168(PCI Express)、RTL8111(LOM、PCI Express)系列,VIA的VT612*系列等等。
    Marvell的88E8001千兆芯片
           需要说明的是网卡芯片也有“软硬”之分,特别是对与主板板载(LOM)的网卡芯片来说更是如此,这是怎么回事呢?大家知道,以太网接口可分为协议层和物理层。
    协议层是由一个叫MAC(Media Access Layer,媒体访问层)控制器的单一模块实现。
    物理层由两部分组成,即PHY(Physical Layer,物理层)和传输器。
    常见的网卡芯片都是把MAC和PHY集成在一个芯片中,但目前很多主板的南桥芯片已包含了以太网MAC控制功能,只是未提供物理层接口,因此,需外接 PHY芯片以提供以太网的接入通道。这类PHY网络芯片就是俗称的“软网卡芯片”,常见的PHY功能的芯片有RTL8201BL、VT6103等等。

           “软网卡”一般将网络控制芯片的运算部分交由处理器或南桥芯片处理,以简化线路设计,从而降低成本,但其多少会更多占用系统资源.
    ●BOOTROM
           BOOTROM插座也就是常说的无盘启动ROM接口,其是用来通过远程启动服务构造无盘工作站的。远程启动服务(Remoteboot,通常也叫RPL) 使通过使用服务器硬盘上的软件来代替工作站硬盘引导一台网络上的工作站成为可能。网卡上必须装有一个RPL(Remote Program Load远程初始程序加载)ROM芯片才能实现无盘启动,每一种RPL ROM芯片都是为一类特定的网络接口卡而制作的,它们之间不能互换。带有RPL的网络接口卡发出引导记录请求的广播(broadcasts),服务器自动的建立一个连接来响应它,并加载MS-DOS启动文件到工作站的内存中。
           此外,在BOOTROM插槽中心一般还有一颗93C46、93LC46或93c56的EEPROM芯片(93C56是128*16bit的EEPROM,而93C46是64*16bit的EEPROM),它相当于网卡的BIOS,里面记录了网卡芯片的供应商ID、子系统供应商ID、网卡的MAC地址、网卡的一些配置,如总线上PHY的地址,BOOTROM的容量,是否启用BOOTROM引导系统等内容。主板板载网卡的EEPROM信息一般集成在主板 BIOS中。
    ●LED指示灯
           一般来讲,每块网卡都具有1个以上的LED(Light Emitting Diode发光二极管)指示灯,用来表示网卡的不同工作状态,以方便我们查看网卡是否工作正常。典型的LED指示灯有Link/Act、Full、 Power等。Link/Act表示连接活动状态,Full表示是否全双工(Full Duplex),而Power是电源指示(主要用在USB或PCMCIA网卡上)等。
    ●网络唤醒接口
           早期网卡上还有一个专门的3芯插座网络唤醒(WOL)接口(PCI2.1标准网卡),Wake On LAN(网络唤醒)提供了远程唤醒计算机的功能,它是IBM公司和Intel公司于1996年10月成立的先进管理性联盟(Advanced Manageability Alliance)的一项成果,它可以让管理员在非工作时间远程唤醒计算机,并使它们自动完成一些管理服务,例如软件的更新或者病毒扫描。它也是 Wired for Management基本规范中的一部分。网络唤醒的工作原理是先由一个管理软件包发出一个基于Magic Packet标准的唤醒帧,支持网络唤醒的网卡收到唤醒帧后对其进行分析并确定该帧是否包含本网卡的MAC地址。如果包含本网卡的MAC地址,该计算机系统就会自动进入开机状态。
    目前主流的独立网卡或主板板载网卡都符合PCI2.2及以上的规范,所以不再需要这个接口,要启动网络唤醒功能,只需到主板BIOS中启用“Wake on PCI Card”功能即可。
    ●数据汞
           数据汞是消费级PCI网卡上都具备的设备,数据汞也被叫做网络变压器或可称为网络隔离变压器。它在一块网卡上所起的作用主要有两个,一是传输数据,它把 PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端;一是隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平,以防止不同电压通过网线传输损坏设备。除此而外,数据汞还能对设备起到一定的防雷保护作用。
    ●晶振
           晶振是石英振荡器的简称,英文名为Crystal,它是时钟电路中最重要的部件,它的作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率,它就像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出现问题。由于制造工艺不断提高,现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好,已不容易出现故障,但在选用时仍可留意一下晶振的质量。
    例如某网卡的时钟电路采用了高精度的SKO25MHz的晶振,较可*保证了数据传输的精确同步性,大大减少了丢包的可能性,并且在线路的设计上尽量*近主芯片,使信号走线的长度大大缩短,可*性进一步增加。而如果采用劣质晶振,这样做虽然可以降低一点网卡成本,但因为频率的准确性问题,极易造成传输过程中的数据丢包的情况。
    ●网线接口
           在桌面消费级网卡中常见网卡接口有BNC接口和RJ-45接口(类似电话的接口),也有两种接口均有的双口网卡。接口的选择与网络布线形式有关,在小型共享式局域网中,BNC口网卡通过同轴电缆直接与其它计算机和服务器相连;RJ-45口网卡通过双绞线连接集线器(HUB)或交换机,再通过集线器或交换机连接其它计算机和服务器。
    目前BNC接口这种接口类型的网卡已很少见,主要因为用细同轴电缆作为传输介质的网络就比较少及组网方式问题较多有关。RJ-45是8芯线,而电话线的接口是4芯的,通常只接2芯线(ISDN的电话线接4芯线);但大家可以仔细看看,其实10M网卡的RJ-45插口也只用了1、2、3、6四根针,而 100M或1000M网卡的则是八根针都是全的,这也是区别10M和100M网卡的一种方法(见上图8)。
    ●传输介质类型
           说到网卡,就顺便就谈谈与网卡连接的双绞线。
    双绞线,是由许多在一个绝缘外套中的对线组成的数据传输线,它的特点就是价格便宜,现在的网卡大部分都是使用的双绞线做为传输线缆。双绞线一般用于星型网的布线连接,两端安装有RJ-45头(水晶头),连接网卡与集线器,最大网线长度为100米左右。
    双绞线有STP(屏蔽双绞线)和UTP(非屏蔽双绞线)两种。STP的双绞线内有一层金属隔离膜,在数据传输时可减少电磁干扰,所以它的稳定性较高。而 UTP内没有这层金属膜,所以它的稳定性较差,但它的优势就是价格便宜。其中STP(屏蔽双绞线)主要分为3类和5类两种线,UTP(非屏蔽双绞线)主要分为3类/4类/5类/超5类/6类几种,一般网络主要使用的是5类双绞线,5类双绞线外层保护胶皮厚,胶皮上标注“CAT5”字样。超5类双绞线属非屏蔽双绞线,与普通5类双绞线比较,超5类双绞线在传送信号时衰减更小,抗干扰能力更强,在100M网络中,用户设备的受干扰程度只有普通5类线的1/4,其也是目前应用的主流。
    ●总线接口
           网卡要与电脑相连接才能正常使用,电脑上各种接口层出不穷,这也造成了网卡所采用的总线接口类型纷呈。此外,提到总线接口,需要说明的是人们一般将这类接口俗称为“金手指”,为什么叫金手指呢?是因为这类插卡的线脚采用的是镀钛金(或其它金属),保证了反复插拔时的可*接触,既增大了自身的抗干扰能力又减少了对其他设备的干扰。
    为了方便您了解,下面我们就分别来图解一下常见的各种接口类型的网卡。
    ①ISA接口网卡
           ISA是早期网卡使用的一种总线接口,ISA网卡采用程序请求I/O方式与CPU进行通信,这种方式的网络传输速率低,CPU资源占用大,其多为10M网卡,目前在市面上基本上看不到有ISA总线类型的网卡,笔者从旧件堆中找到了几款ISA网卡,D-LINK的产品,居然用橡皮擦清洁金手指上机后还能用。
    ②PCI接口网卡
           PCI(peripheral component interconnect)总线插槽仍是目前主板上最基本的接口。其基于32位数据总线,可扩展为64位,它的工作频率为33MHz/66MHz。数据传输率为每秒132MB(32*33MHz/8)。目前PCI接口网卡仍是家用消费级市场上的绝对主流。
    ③PCI-X接口网卡
          PCI-X是PCI总线的一种扩展架构,它与PCI总线不同的是,PCI总线必须频繁的于目标设备和总线之间交换数据,而PCI-X则允许目标设备仅于单个PCI-X设备看已进行交换,同时,如果PCI-X设备没有任何数据传送,总线会自动将PCI-X设备移除,以减少PCI设备间的等待周期。所以,在相同的频率下,PCI-X将能提供比PCI高14-35%的性能。目前服务器网卡经常采用此类接口的网卡。
    ④PCI-E接口网卡
           PCI Express 1X接口已成为目前主流主板的必备接口。不同与并行传输,PCI Express接口采用点对点的串行连接方式,PCI Express接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异,分为PCI Express 1X(标准250MB/s,双向500MB/s)、2X(标准500MB/s)、4X(1GB/s)、8X(2GB/s)、16X(4GB/s)、32X (8GB/s)。采用PCI-E接口的网卡多为千兆网卡。
    ⑤USB接口网卡
           在目前的电脑上很难找到没有USB接口(Universal Serial Bus,通用串行总线)的,USB总线分为USB2.0和USB1.1标准。USB1.1标准的传输速率的理论值是12Mbps,而USB2.0标准的传输速率可以高达480Mbps,目前的USB有线网卡多为USB2.0标准的。
    ⑥PCMCIA接口网卡
          PCMCIA接口是笔记本电脑专用接口,PCMCIA总线分为两类,一类为16位的PCMCIA,另一类为32位的CardBus,CardBus网卡的最大吞吐量接近90Mbps,其是目前市售笔记本网卡的主流。
    ⑦Mini-PCI接口网卡
            MiniPCI接口是在台式机PCI接口基础上扩展出的适用于笔记本电脑的接口标准,其速度和PCI标准相当,很多此类产品都是无线网卡。
    除此而外,市场上还有AMR等接口的网卡等等

     

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    以太switch和PHY芯片

     

    译自《A Guide to Ethernet Switch and PHY Chips》by The Linley Group, Fifth Edition

    以太网市场以技术的快速更新而著称,这也导致供应商市场份额的很大变化。对于以太switches,千兆以太(GbE)出货量依然在快速增长,取代了很多快速以太网(100M)产品,所以尽管面对着Broadcom和Marvell这些现有厂家的强大竞争,新的供应商比如Realteck和Vitesse在这个快速增长的部分还是能够赢得设计。10Gbps以太端口的数量正在迅速增加。Broadcom、Fujitsu、Marvell和Fulcrum正在为了成为领先者而相互厮杀。10GbE PHY市场的竞争更加激烈,因为几个竞争厂家正在为先期站位而拚斗。在某些情况下,大厂家会通过收购初创公司来补充产品线,与此同时,PHY厂家也在继续获取新的融资。新的投资和持续增加的新入者相互混合,使得以太switch和PHY市场更加的血雨腥风。

    本报告覆盖GbE和10GbE switch芯片,但是不包括带GbE上行的FE switch芯片。对于PHY产品,包括用于光模块和在线卡的10Gbps Serdes芯片。我们还包括用于补偿光色散的10GBase-LRM PHY。

    以太网芯片市场每年的收入超过20亿美金,其中GbE占最大的份额。虽然从FE到GbE的转变已经处于最后的阶段,但是FE器件的市场依然很庞大。因此,我们预计GbE市场在接下来的几年内会继续强劲增长,逐渐替代FE器件。在2008年,10GbE端口的出货量超过了百万大关,目前我们处在这个下一代以太技术的初期阶段。

    10GbE的初期需求包括数据中心和GbE的汇聚。将多条GbE链路组合时需要带10GbE上行的汇集交换机;数据中心合并了服务器和存储资源,在其内部,虚拟化技术使得这些资源可以被共享,提高了服务器的利用率。增长的利用率需要更高的I/O带宽,也因此推动了10GbE服务器端口和交换机的需求。

    10G以太网也是融合存储和数据网络的长期方案。但是,为了支持存储业务,以太网标准必须为了无差错工作进行提升增强。另外,新兴的FCoE标准定义了在以太通道上传输存储业务。随着一些OEM已经提供混合的系统,FCoE会被迅速配置,这就会增加10GbE的出货量。

    除了这些协议的发展,以太网在物理层也在演进。大部分OEM采用可以支持多端口10GbE线卡的SFP+。SFP+还定义了直接附加选项,为数据中心连接机架提供了低成本方案。IEEE802.3ba工作组为40Gbps和100Gbps以太网正在定义物理层标准,这些标准进展良好,在2009年底就可以推出硅芯片样品。

    Broadcom继续保持在以太网器件供应商方面的霸主地位,但是这家公司在王冠下并没有任何懈怠。在2008年,Broadcom将很多以太产品升级到65nm技术,并且集成了功率管理技术来降低这些芯片的功耗。基于这些最广的以太网产品线,Broadcom在可预见的将来应该会保持GbE厂商的领先地位。

    Broadcom的强大对手Marvell是第一家在交换芯片中提供安全特性并且是第一家提供完整应用软件的厂家。2008年,Marvell在产品线中增加了LinkCrypt(MACsec)安全和电信级以太特性。不过Broadcom集中精力研发拓展产品线,而Marvell却是通过与第三方合作来扩充产品线。这种策略的一个很好例证就是Marvell与Dune网络公司合作开发底板设计所需的结构(fabric)产品,通过这个策略Marvell降低了研发成本但是拼对起来了产品路线图。

    Broadcom和Marvell提供了大部分的GbE芯片,所以大部分竞争对手在10GbE市场寻找机会。对于10GbE交换芯片,Fujitsu和Fulcrum与Broadcom在新项目上展开竞争。Broadcom在出货量上领先,Fujitsu有很多独特的特性,而Fulcrum的产品提供最佳的性能。通过在以太应用中采用其经过验证的fabric,Dune网络公司使得系统具有处理多T比特的能力。

    许多厂家提供10GbE光接口的PHY芯片。Netlogic最近调整了它的产品线,出货量超过了AMCC。AMCC是第一家示范了10GBase-KR(背板)收发芯片互通性能的供应商,而且可以提供经过验证的产品。OEM都在寻找可以结合10GBase-LRM和新SFP+模块规范的产品,这样可以降低光模块的成本,并且增加每个线卡的端口密度。Vitesse是第一家可以成功提供10GBase-
    LRM电色散补偿(EDC)器件的厂家,因此也赢得了不少设计。Cortina在2007年进入这个市场,宣传大量出货10GBase-LRM PHY。其它试图在这一局部市场插足的厂家包括:ClariPhy,Phyworks和 Broadcom。很明显这个市场有太多的供应商,洗牌是在所难免的。

    有些厂家目标定位于10GbE-over-copper (10GBase-T) PHY。最早吃螃蟹的Solarflare已经部署了其第二代单片方案的产品。Aquantia,Teranetics和Broadcom也提供单芯片PHY的样片,Plato网络公司在2008年底前也会推出第一颗产品。新的器件将功耗降低至不到6W,这将会推动10GBase-T市场从理论验证走向早期的出货。

    以太网供电(PoE)通过网络来给远端设备比如VoIP电话和视频摄像机等供电。一些厂家视PoE为可支撑以太业务的一个机会。Microsemi是成功设计的早期领先者,为交换设备提供了大部分的电源控制器。其他一些厂家包括Linear Technology,Maxim和Texas Instruments为交换机提供PoE控制器。对于低端设备,虽然很多其他厂家也定位这块市场,但Silicon Labs和Akros能提供高度集成的方案。

    超过20个厂家试图在新兴的10GbE市场立足。本报告分析了这些厂家,他们的产品以及他们针对不同类型的网络应用时可确保最佳产品选择的技术。

     

     

    posted on 2011-05-15 21:55 王正伟 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

    转载于:https://www.cnblogs.com/longmanwzw/archive/2011/05/15/2047124.html

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  • 以太网交换芯片及PHY处理相关

    千次阅读 2019-06-13 16:11:52
    以太网交换芯片 下图为Microchip公司的一款产品,即就是Ethernet Switch。 请参考:https://www.microchip.com/wwwproducts/en/ksz9477 该芯片主要工作于计算机网络模型中的第二层中,通常都会包含以下几种功能...

    以太网交换芯片及PHY处理相关

    以太网交换芯片

    下图为Microchip公司的一款产品,即就是Ethernet Switch。
    Switch
    请参考:https://www.microchip.com/wwwproducts/en/ksz9477

    该芯片主要工作于计算机网络模型中的第二层中,通常都会包含以下几种功能模块。
    以太网简易结构:
    在这里插入图片描述

    ACL:访问控制列表(Access Control List,ACL) 是路由器和交换机接口的指令列表,用来控制端口进出的数据包。ACL适用于所有的被路由协议,如IP、IPX、AppleTalk等。
    信息点间通信和内外网络的通信都是企业网络中必不可少的业务需求,为了保证内网的安全性,需要通过安全策略来保障非授权用户只能访问特定的网络资源,从而达到对访问进行控制的目的。简而言之,ACL可以过滤网络中的流量,是控制访问的一种网络技术手段。
    配置ACL后,可以限制网络流量,允许特定设备访问,指定转发特定端口数据包等。如可以配置ACL,禁止局域网内的设备访问外部公共网络,或者只能使用FTP服务。ACL既可以在路由器上配置,也可以在具有ACL功能的业务软件上进行配置。
    ACL是物联网中保障系统安全性的重要技术,在设备硬件层安全基础上,通过对在软件层面对设备间通信进行访问控制,使用可编程方法指定访问规则,防止非法设备破坏系统安全,非法获取系统数据。

    Queue Mgmt:队列管理。TCP/IP拥寒控制主要包括两个方面,一是发送端的拥塞控制,称为源端拥塞控制,二是中间节点的拥塞控制,称为队列管理。
    中间节点有2类和拥塞控制相关的队列算法:队列调度算法和队列管理算法。前者决定下一个要发送哪个包,主要用来管理各流之间带宽的分配;后者主要是在网络发生拥塞时通过丢包来管理队列长度。目前的队列管理机制可以分为2大类:被动式队列管理POM(Passive 0ueue Management)和主动式队列管理AQM(Active Queue Management)。

    Frame buffer
    封装包的缓冲原因见下面的连接,比较专业。
    1.https://wenku.baidu.com/view/a152bd915ebfc77da26925c52cc58bd630869342.html
    2.http://blog.sina.com.cn/s/blog_61bd83dc0100t8e7.html

    帧缓存的作用是先把离散的帧进行缓存,再按照设备的能力尽力转发,解决流量“峰值”和流量“谷值”导致的带宽利用率不平衡问题。即平滑帧传输突发流量,最大限度使出口带宽保持100%的利用,解决由于突发流量导致的“丢包”现象的必需具备的手段。如下图所示,把流量突发超过带宽的部分缓存起来等待后续时隙去转发,从而实现0丢包率。
    帧缓冲简易原理:
    在这里插入图片描述

    Address Table:路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳的传输路径,并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见,选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作,在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由表(Routing Table),供路由选择时使用,表中包含的信息决定了数据转发的策略。打个比方,路由表就像我们平时使用的地图一样,标识着各种路线,路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路由表可以是由系统管理员固定设置好的,也可以由系统动态修改,可以由路由器自动调整,也可以由主机控制。

    MIB:管理信息库(MIB,Management Information Base)是TCP/IP网络管理协议标准框架的内容之一,MIB定义了受管设备必须保存的数据项、允许对每个数据项进行的操作及其含义,即管理系统可访问的受管设备的控制和状态信息等数据变量都保存在MIB中。

    Switch Core:交换控制内核。内核控制一般描述的很少,都是各家在吹自己技术多先进,采用什么控制算法,怎样怎样,其实统一价格下产品都是差不多的。

    Switch Port:即就是网络端口,具体看配置及功能,我见过两个端口的、5个端口的,也见过七个端口的;另一般低端的仅支持10兆和百兆,稍微高端一点的支持10兆、百兆和千兆,另有企业级的甚至达到10G端口,这个取决于客户需求。

    管理接口:MDI,媒体独立接口,即就是完成对物理层PHY部分的控制,监控或者寄存器的修改,一般是MAC完成对PHY的检测,即就是第二层监控第一层。

    MII等接口:MAC端完成数据的在此处理,例如可以连接其他的控制器完成别的功能。例如利用别的控制器完成wifi功能。
    该接口在使用时需要注意CLK的方向。

    电源:一般采用的是3.3V供电;另需要内部核压以及接口电源供电。有些器件做的比较好,就是将LDO集成到内部,也就是自己产生核压以及接口电压。

    Flash接口:如果是路由的话固件一般比较小,所以外挂SPI Flash或者EEProm就可以了,无需Nand 等大存储器件,内部用来储存芯片启动时的一些配置信息。

    指示灯:因为实际上我们需要通过指示灯来判断哪个端口已经在正常连接使用了。

    除此之外我们实际在开发时需要注意上电初始化的一些配置,比如管理接口的上下拉可以配置访问地址;RMII端口一些上下拉可以配置成RMII、MII等;专用引脚上下拉可以起到硬件识别软件的作用,如启动模式,是在Flash、ROM中启动,这个需要看实际的配置;另有一些芯片做测试使用时的引脚,例如正常启动还是进入测试模式。

    PHY设计需注意:
    原理图设计:
    1.XMII时钟预留RC,用来形成RC滤波器,以防出现EMC问题时无法调整;
    2.Data/控制脚留串阻,靠近源端放置,用来阻抗匹配,防置信号完整性问题;
    3.网络变压器的中心各个抽头预留两个电容位,有些设计建议单独抽头的网变被使用;
    4.PHY的供电预留磁珠/电阻位置,抑制干扰防止通过电源向其它模块辐射或减小纹波或传导干扰;
    5.PHY控制的LED灯信号预留RC(靠近IC放),有利于EMC也有利于静电防护;
    6.注意PHY的一些外部配置,尽量预留包含所有情况的配置,否则可能出现丢包等问题。
    layout设计:
    XMII指的是MII接口的变换类型。
    1.XMII走线走内层,内层屏蔽更好,可以解决辐射问题。当然走外层带屏蔽也可以,且要注意尽量走线等长处理;
    2.芯片端XMII接口连接处确保有完整参考平面,因为总线速率较高,容易出现问题,阻抗尽可能一致;
    3.在PHY 芯片预留屏蔽罩,因为有些芯片做的不好,EMC问题常难以通过其他途径解决;
    4.网口走线的阻抗控制与包地完整性;
    5.注意晶体走线,拉开与关键信号之间的间距。
    6.注意网口地和系统地之间的安全间距。
    软件调试方法:
    1.修改程序对应寄存器的驱动强度,来降低驱动电流;
    2.系统端的MII接口可以展频处理,将频谱能量分散开;
    3.内置时钟的可以验证使用外置时钟,软件关闭内置时钟。

    以上讲到的是属于第二层的交换,现在我们科普下第二层和第三层交换的区别。
    请参考:http://www.differencebetween.net/technology/difference-between-layer-2-switch-and-layer-3-switch/
    什么是第二层交换机?
    第二层交换机基本上只进行交换,这意味着它们使用设备的MAC地址将数据包从源端口重定向到目标端口。它通过维护MAC地址表来实现这一点,以记住哪些端口分配了哪些MAC地址。MAC地址在OSI参考模型的第2层内工作。MAC地址简单地区分一个设备和另一个设备,每个设备被分配一个唯一的MAC地址。它利用基于硬件的交换技术来管理局域网(LAN)中的流量。当切换发生在第二层时,这个过程会更快,因为它所做的就是对物理层的MAC地址进行排序。简单地说,第二层交换机充当多个设备之间的桥梁。

    什么是第三层交换机?
    第三层交换机与第二层交换机正好相反。第二层交换机无法在第三层路由数据包。与第二层交换机不同,第三层使用IP地址进行路由。这是一个专门的硬件设备,用于路由数据包。第三层交换机具有较快的交换能力和较高的端口密度。它们是对传统路由器的重大升级,以提供更好的性能,使用第三层交换机的主要优点是,它们可以在不进行额外网络跳的情况下路由数据包,从而使其比路由器更快。然而,它们缺乏路由器的一些附加功能。第三层交换机在大型企业中普遍使用。简单地说,第三层交换机只不过是一个高速路由器,但没有广域网连接.

    两者差异比对图:
    在这里插入图片描述
    上面说的RMII在Ethernet Switch端一般是PHY层处理,PHY层数据一般是交给MAC端处理,完成数据再交换的功能,所以我们要实现射频WiFi等功能还需要外接一个路由主芯片完成WiFi功能;当然也可以将这两个做到一起,前面说了,取决于价格等多方面考虑。

    PHY处理相关

    以太网PHY相关即就是物理层传输相关。
    对于XMII部分时钟:

    XMII表示可选择的MII模式,例如千兆和百兆是不一样的。
    MAC与PHY相连接时,MAC芯片首先要先送时钟信号给PHY,然后PHY根据收到的时钟信号同步输出相同频率的时钟信号给MAC,以完成自适应。
    在网口连接速率为1Gbps时,WIFI芯片到PHY芯片和PHY芯片到WIFI芯片的CLK均为125Mhz,连接速率为100Mbps时,CLK为25MHz。不插网线开机时,两边均有2.5MHz的方波输出(注意当连接为10MHz时,时钟为2.5MHz)。

    外部扩展EEPROM:
    连接外部EEPROM用于实现没有任何更高级别的系统;管理实体,用于驱动MDIO接口上的控制和配置信息。
    此外,仅使用软引脚绑定接口无法完全配置PHY芯片功能,更多功能需要外部软件配置。
    在这些应用中,外部EEPROM提供了一种廉价而有效的解决方案,用于存储启动期间PHY芯片需要加载的所有配置信息。

    使用网络变压器要求:
    在这里插入图片描述
    以上包括的参数为匝数比、共模抑制比、串扰和插入损耗,当然还需要考虑反射损耗。

    RJ45 PLUG:
    在这里插入图片描述
    以上参数包括串扰、插入损耗和反射损耗。

    物理层传输和媒体接入控制(PHY&MAC):
    在这里插入图片描述
    媒体接入控制:协议控制层。
    协调层:将物理状态(载波丢失,冲突等)映射到MAC层。
    媒体独立接口(MII)(可选):为PHY提供n位发送/接收接口。

    物理编码子层(PCS):输出符号流的编码,复用和同步(4B / 5B编码等)。
    物理媒体附件(PMA):信号发送器/接收器(符号流的串行化/反序列化,时钟恢复等)。
    自动协商(可选):协商两台主机支持的最高模式。
    介质相关接口/物理介质相关(MDI / PMD):RJ45等
    介质:UTP,光纤等

    IEEE 802.3规范
    在这里插入图片描述
    针对数据传输所规范的标准协议,包含十兆、百兆、千兆和光纤传输等。

    2019.6.13于深圳

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  • AR7240芯片 EthernetSwitch模块 学习笔记

    千次阅读 2016-05-26 17:03:52
     EthernetSwitch 模块中包含 5个 10/100Mbps高速以太网接口和 5个 10/100双模式以太网收发器(PHY)。模块可通过配置使用 VLAN 功能,支持 16个802.1Q VLAN和 基于端口的VLAN划分,VLAN ID的可分配范围为0~4095。 ...

    【模块概述】

           EthernetSwitch 模块中包含 5个 10/100Mbps高速以太网接口和 5个 10/100双模式以太网收发器(PHY)。模块可通过配置使用 VLAN 功能,支持 16个802.1Q VLAN和 基于端口的VLAN划分,VLAN ID的可分配范围为0~4095。

     

    【寄存器概述】

           内置交换芯片模块的寄存器分 3大类:全局控制寄存器、端口控制寄存器、端口数据计数器。寄存器地址映射表见下图:

          

    【数据读写】

    1、交换芯片模块(Ethernet Switch)的各寄存器通过 GE0 模块的“MII Address”寄存器和“MII Control”寄存器进行访问。

    2、GE0 模块作为 MDIO 通讯的主机,交换芯片模块作为MDIO 通信的从机。

    3、使用 MDC/MDIO 接口对交换芯片内部寄存器和 MII寄存器进行访问。访问片内集成 PHY 中的 MII寄存器时,需要使用如下格式的数据帧:

    其中 OP 字段表示操作码。读数据时设置为 10,写数据时设置为 01。另外,因为交换芯片模块的内部寄存器长度均为 32位,但 MDIO协议的数据字段长度只有 16位,所以读写一个寄存器需要进行 2 个周期的 MDIO通信。

     

    【代码分析】

           在源文件 athrs_emac_adapter.c 中对接口函数表进行初始化。依据设备型号的不同,读写交换芯片模块寄存器的函数也有所区别。比如在代码中可以发现,对于 XXXX 这款设备,对寄存器读写的操作交给了 athrs_get_sw_reg() 和 athrs_set_sw_reg() 这 2 个函数。关键代码如下:

    INT32 Register_athrs_emac_driver(VOID)
    {
        ……
        athrsEmacDrv.Ops.Enable_vport= athrs_emac_Enable_vport;
        athrsEmacDrv.Ops.mii_read= athrs_emac_mii_read;
        athrsEmacDrv.Ops.mii_write= athrs_emac_mii_write;
        athrsEmacDrv.Ops.IntfFuncTbl[SWETH_GET_PORT_STAT] = athrs_get_port_stat;
        ……
    #if defined(CONFIG_PRODUCT_ATHEROS_XXXX)    // XXXX表示产品型号
        athrsEmacDrv.Ops.IntfFuncTbl[SWETH_SET_SWITCH_REG]= athrs_set_sw_reg;
        athrsEmacDrv.Ops.IntfFuncTbl[SWETH_GET_SWITCH_REG]= athrs_get_sw_reg;
        athrsEmacDrv.Ops.IntfFuncTbl[SWETH_GET_SWITCH_PORT_STAT]  =    athrsget_sw_port_statistic;
        athrsEmacDrv.Ops.IntfFuncTbl[SWETH_GET_SWITCH_VLAN_PORT_MAP]  =     athrs_sw_vlan_port_ctl;
        athrsEmacDrv.Ops.IntfFuncTbl[SWETH_GET_SWITCH_VLAN_CONFIG]  =      athrs_sw_vlan_port_config;
    #endif
        ret= RegisterEmacDrv(&athrsEmacDrv);
        ……
    }

           对于接口函数表的初始化完成了,接下来应该关心在工程的哪个地方对这些方法进行了调用。利用 SourceInsight 的强大搜索功能对她们追根溯源,就可以在源文件 sweth_core.c 中找到对于交换芯片各接口的抽象层函数的封装,上述函数表中的各函数就在这些抽象层函数中被调用。阅读这些函数我们可以看到各寄存器的读写细节。举个例子:

    static INT32 hal_set_phy_reg(structEthObj_s *pEthObj, BYTE Func_id, union SwEthIntfFuncArg_u *pFunc_arg,SwEthIntfFuncPtr *pDrvIntfFuncTbl)
    {
        if (pDrvIntfFuncTbl[Func_id] != NULL){
            return pDrvIntfFuncTbl[Func_id](pEthObj->Obj_id,pEthObj->Emac, pEthObj->Phy, pFunc_arg);
        }else{
            return sweth_mii_write(pFunc_arg->PhyReg.MacId,pFunc_arg->PhyReg.PhyAddr, pFunc_arg->PhyReg.RegAddr,pFunc_arg->PhyReg.RegVal);
        }
    }

           这个函数的封装很简单,先判断是否在接口函数表中存在对应的操作函数,如果有就调用函数表中的该函数,若没有就使用 sweth_mii_write() 函数进行写寄存器操作。

    同时,对于交换芯片模块的初始化配置操作也是在该源文件中的函数里实现的。该函数将初始化操作分为 2 部分——创建对象、创建接口函数。入口点函数如下:

    static int __init sweth_init(void)
    {
        INT32 ret;
        ……
        ret = CreateSwEthObjs();   // 创建对象
        if (ret != 0)
        {
            ……
            DeleteSwEthObjs();
            return -1;
        }
        ret = CreateSwEthIntf();    // 创建接口函数
        ……
        return 0;
    }

     

    【VLAN功能】

           对于配置 VLAN 功能,我们有一个必要不充分条件需要先搞清楚,那就是 VLAN 是什么?这里只简单介绍一下: VLAN是一种将物理网络在逻辑上划分成几个不同子网的技术,通过在网络数据帧里插入VLAN ID 字段可以把数据包分流到对应的子网中,也可以依此对各逻辑子网进行数据隔离。知道这些就足以学习AR7240芯片上的VLAN配置,更详细的信息可以在网络上搜索到。

           在 XXXX 设备上,配置VLAN 的操作代码位于源文件 vlan_igmp.c 中。我会在《AR7240_VLAN 学习笔记》中详细描述 VLAN 的配置过程。

     

    【备注】

           源文件 sweth_core.c 的编写非常符合Linux内核模块编程的风格且注释详细,可以作为内核模块编程的参考规范。

    文件中不仅可以看到Linux内核模块中标准的 module_init(sweth_init)、module_exit(sweth_exit)、int __init sweth_init()、void __exit sweth_exit()、EXPORT_SYMBOL() 这些模块初始化入口、函数和符号表操作,在文件末尾我们还可以看到常被开发者省略掉的 MODULE_DESCRIPTIONG() 以及 MODULE_AUTHOR() 声明。模块描述有助于读者理解该模块的用途功能,而作者声明除了让开发者获得内心的满足之外更重要的是能在代码出问题时让用户第一时间知道应该联系谁。建议在作者声明里填写自己的常用邮箱。

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    2020-03-17 14:45:08
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    2013-10-23 09:59:12
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空空如也

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以太网switch芯片