10Gb 和 100Gb 以太网卡内的时钟频率是多少？

Question

据我了解，10Gb 以太网卡能够每秒在（例如）光纤电缆上传输 10Gb。现在天真地，为了在硬件中发生这种情况，需要一个运行网卡的 10GHz 时钟。

通过在两个边缘上计时，可以将频率减半，但晶体管支持 5GHz 仍然非常高。对于 100Gb 以太网，50GHz 似乎完全不合理。

运行（例如）10Gb 以太网卡的时钟的时钟频率是多少？是否有技巧可以将这个频率从“天真的”10GHz 频率中降低？

Answer 1

您是正确的，那么高的频率将完全无法管理。每个频率发送一位也会导致各种类型的无线电传输出现问题。因此，我们拥有允许发送多于一位的调制技术。

一些术语：波特，大多数人会记得电话调制解调器时代的那个术语，是通信介质运行的符号率。一个符号可以包含多个位，因此发送多位符号可以在较低频率下实现更高的吞吐量。

• 10MbE (10Base-T) 使用非常简单的反向曼彻斯特编码、10 Mbaud 和单个 -2.5v/2.5v 差分对用于每个方向的通信。

• 100MbE (100Base-TX) 使用 4B/5B 编码、125 Mbaud 和单个 -1.0/1.0v 差分对用于每个方向的通信。所以每个方向 4/5b * 125 MHz = 100Mb。

• 1GbE (1000Base-T) 使用 PAM-5 TCM，与 100MbE 相同的 125 Mbaud，所有四个 -1.0/1.0v 差分对同时进行双向通信。PAM-5 编码允许有 5 个状态，但网格调制在任何给定时间将每个端限制为 2，因此每个符号中发送 2 个比特。因此 125M/s * 4 * 2b = 1Gbps。

  旁注：1GbE 仅使用一对来协商初始连接。如果一条电缆只有这一对工作，它可能会导致似乎连接的 NIC 无响应。此外，几乎所有新的 NIC 都可以在 4 对中的任何一个上进行协商，从而启用自动 MDI/MDI-X（但这不是规范的要求）。1000Base-T 需要 Cat5e 布线。1000Base-TX 简化网卡，但需要 Cat6 电缆；由于各种原因，它从未起步。

• 10GbE和以前一样使用 PAM-16 DSQ128 编码，833 Mbaud，4 对。带有 LDPC 纠错功能的新 PAM-16 DSQ-128 非常复杂，我不会在这里解释它是如何工作的，而是说即使在额定仅 500MHz（或更低某些情况）。因此 833.3 MHz * 4 * 3b = 10Gbps。

  旁注：10GbE 需要 Cat6a 电缆用于 100m 操作，Cat6 用于 55m，并且可能与 Cat5e 一起用于非常短的电缆。由于与 100m 标准长度不同，不应使用 Cat6a 以外的电缆。此外，较旧的 NIC 没有在 100m 距离上发送 10GbE 所需的增益，并且仅限于较短的电缆 - 如果您拥有第一代 10GbE NIC，请参阅制造商了解详细信息。

• 40GbE和100GbE目前还没有最终确定的铜缆标准。有两个 40GBase-T 提案。第一个使用与 10Gbase-T 相同的技术，但速度快 4 倍，并且需要认证为 ~1600MHz 的布线。第二种使用 PAM-32 DSQ-512，需要大约 1200MHz 的布线（更高的复杂性意味着相对昂贵的 NIC）。两者都可能使用 LDPC 以允许使用稍微低估的布线。

  连接器：40 和 100GbE 都不会使用 C8P8（通俗的 RJ-45）连接器，但可能是它的一个变体，称为 GG45，在连接器的 4 个角上有 4 对。还有一个中间连接器 ARJ45-HD，带有用于 10MbE-10GbE (RJ-45) 和 40GbE-100GbE (GG45) 的引脚。TERA 是额定为 1000 MHz 的竞争连接器，它似乎不太可能成为新标准。

  布线：Cat7 和 Cat7a 是额定为 600 MHz 和 1200 MHz 的布线标准。它们最初被称为 CatF 和 CatFa。Cat8.1 和 Cat8.2 的额定频率为 1600 和 2000 MHz。

  关于是否会有 100GBase-T 标准存在一些争论，因为按照目前的技术，Cat7a、Cat8.1 和 Cat8.2 将分别只承载 10m、30m 和 50m 的此类连接。Cat7a 及以上已经是与 Cat6a 及以下截然不同的电缆，需要在单独的线对和整个电缆周围进行屏蔽。表明这些连接是可能的测试也没有证明商业上可行的实现。有合理的推测，更先进/敏感的电路在未来的某个时候可以承载 100GbE，但这只是推测。

• 值得一提的是：10GBase-R、40GBase-R、100GBase-R是10、40、100GbE的光纤规格家族，均已标准化。这些都适用于短距离（-SR，400m）、长距离（-LR，10km）、扩展（-ER，40km）、专有（-ZR，80km）和 EPON/x（-PR/x，20km）范围. 它们都使用常见的 64b/66b 编码、10.3125 GBaud，并简单地使用更多“通道”来增加容量（分别为 1、4 和 10 个）——通道是同一光纤电缆上不同波长的光。200GBase 专有实现正在以这种方式实现标准化，尽管采用调制的 DWDM 频率和高达 2Mm 的范围。