回顾接口技术发展历史.doc
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1、回顾接口技术发展历史随着物联网(IoT)的快速发展,未来将会存在海量的数据。“大数据”时代,对数据的处理提出更高的需求。高性能处理器及集群能完成数据的实时处理。而在处理器与外设或处理器之间传输的大量数据,对接口(Interface)技术也提出了更高的要求。就像一个人虽然有着聪明的头脑,但神经却比较“长”,就看起来就会很“呆笨”。目前主流并行接口技术就面临着这样的局面,越来越成为了瓶颈。回顾接口技术发展历史,其实数据的传输最开始是低速的串行接口(Serial Interface,简称串口),为了提高数据的总带宽,首先想到的是增加数据传输位宽,再进一步提升速率。也就是并行接口(Parallel I
2、nterface,简称并口)的方式,并逐渐取代传统低速串口成为主流。但随着并口的发展,其限制也也越来越明显。而高速串行(High Speed Serial,HSS)接口技术具有的优势使其有取代目前并口的趋势。表现为接口总带宽的显著提升。其历史就像图1所示,从山间小道升级为乡村公路,再到高速公路(网),能够提供更高的通行量。图1目前并口发展遇到的限制主要为,一方面芯片封装面临着IO数量紧张的问题,另一方面是,并口的数据速率提升过程中面临的串扰(Crosstalk)和噪声(SSN)问题,使得数据的同步变得很困难。这个问题可以理解为,就像阅兵方阵,正步走起来英姿飒爽,这都需要很长时间的训练。如果要求
3、齐步跑起来,也要横竖成线(数据对齐同步),可真是难倒人啦。图2串口和并口的交替发展演进,真可谓“三十年河东,三十年河西”,技术并没有对错,“时势造英雄”。串口的典型代表就是在消费电子和其他各领域中普遍使用的通用串行总线(Universal Serial Bus,USB);并口也有很多,比如DDR DRAM内存接口,也就是人们常说的DDR。对于串口和并口那个速度快的问题,这就要看怎么描述这个问题了。从线速率(linerate)来看,比如DDR3-1600的最大线速率为1600Mbps(也就是1.6Gbps)。那再看看目前主流的SerDes的线速率能达到多少那,Xilinx的16nm Ultras
4、cale+FPGA提供的SerDes能够达到32Gbps的速度。而最近Credo(景略)半导体演示的双模SerDes芯片,有112Gbps PAM4/56Gbps NRZ的性能表现。所以通常理解的高速串口比并口快,主要是从线速率的角度比较。当然从总数据带宽的角度看,比如64bit DDR3-1600的最大数据带宽也超过了100Gbps(64*1.6Gbps)。也能提供不俗的总带宽表现。其实SerDes也可以多通道并行使用,比如像PCIe协议的x4、x8、x16模式。尽管也存在多通道的对齐问题。但呈现的总带宽相对来说会更大些。高速串口技术的发展未来仍是提升单通道速度和多通道并行使用相结合。所以,
5、串并口的概念可能会进一步模糊。整体结果是提供不断改进升级的数据总带宽。还需要了解下不同芯片间通过同步接口通信的3种基本时序模型。如图3中(a/b/c),分别是系统同步,源同步和自同步的方式,图中省略了板级和芯片内部的布线延迟。最初接口速率较低时,使用系统同步的方式就能满足要求,随着接口速度的提升,严格的时序要求会使用数据和时钟同步发送的方式,比如像DDR的数据要同步dqs时钟线那样。图3自同步其实就是目前SerDes中采用的方式,接口传送的数据中包含了时钟的信息,通过接收端(Rx)的时钟数据恢复(Clock Data Recovery,CDR)电路完成对接收数据的时钟抽取和数据再采样。最终恢复
6、出正确的数据。对于高速串行链路(High Speed Serial Link)使用的SerDes技术,其中SerDes是串化器(Serializer)和解串器(Deserializer)的简写,也基本说明了SerDes的原理。就是要完成并串和串并转换。SerDes是典型的数模混合系统,需要比较多的背景知识,数字电路和模拟电路、信号与系统、通信原理、微波和射频电路、电磁场、信号和电源完整性等,综合要求比较高,算是目前点到点(point-to-point)有线(wireline)通信的技术热点。SerDes接口简单示意图如图4,并给出了不同位置的数据速率的例子。图(a)中时钟速率为125MHz的8
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