本白皮書介紹向100G 接口過渡的關鍵推動力量，以及怎樣利用FPGA 特有的功能來實現這一高速接口。數據中心以及核心網系統中新出現的40GbE 和100GbE 標準主要依靠FPGA 來鏈接本系統和其他協議的基礎設備。Stratix IV 器件提供的資源是前所未有的，例如邏輯、片內存儲器和DSP 模塊等，是唯一支持需要10G 收發器數據速率40G/100G 設計的FPGA 系列，其優異的低抖動性能滿足了高速設計的需求。
引言
隨著技術的進步，最新一代FPGA 提高了帶寬，收發器數量越來越多，可以在單個器件中實現多種協議標準。FPGA 能夠滿足高速數據速率和帶寬要求，新的目標市場定位在電信設備生產商上，這些生產商主要為40G 和100G 以太網(GbE) 開發新一代橋接應用和交換解決方案。
本白皮書介紹向100G 接口過渡的關鍵推動力量，以及怎樣利用FPGA 特有的功能來實現這一高速接口。該協議的標準化進展對于其實現非常重要，使其最終能夠降低關鍵昂貴元件的成本，以高性價比方式實現量產。符合公共接口標準有助于簡化體系結構和器件工作。以太網10/100/1000 Mbps 和10 Gbps 接口定義已經完善，目前的標準處于10 Gbps 以上接口的起草階段。
數據中心以及核心網系統中新出現的40GbE 和100GbE 標準主要依靠FPGA 來鏈接本系統和其他協議的基礎設備( 這包括光纖通道、Infiniband 和SONET 等橋接和數據匯集等應用)。LAN 速率提高到千兆位，性價比最好的網絡采用以太網作為主要的數據鏈路協議，具體實現由ASSP 和FPGA 完成。但是，當LAN、SAN 和MAN 速率超過10G 之后，高性價比的網絡采用了多種數據鏈路協議，必須使用多種ASSP，或者
FPGA 作為橋接器件來提供高性價比解決方案。
滿足40G/100G 需求
FPGA 經歷了幾個工藝代的發展，滿足了40/100G 的需求，如圖1 所示。在130-nm 工藝節點，FPGA 僅支持3.125 Gbps，而現在的40-nm 工藝節點能夠支持10 Gbps 以上的數據速率。

圖1. 工藝節點代
在40G/100G 應用中使用10-Gbps 收發器Altera 公司
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Altera® Stratix® IV GX FPGA有32個嵌入式收發器，支持600 Mbps到8.5 Gbps的數據速率，另外16個收發器支持600 Mbps 到6.5 Gbps 的數據速率( 總共48 個速率達到6.5 Gbps 的收發器)。收發器包括物理編碼子層(PCS) 和物理介質附加子層(PMA)，這兩個子層使Stratix IV FPGA 能夠實現標準和專用協議。圖2 所示為Stratix IV GX 收發器模塊結構圖。

圖2. Stratix IV GX 收發器模塊
從一個工藝代發展到下一工藝代， FPGA 密度幾乎加倍，過渡到更小的工藝尺寸能夠大大提高芯片中的系統集成度。增強FPGA 的功能雖然很重要，但更重要的是以更低的功耗實現最前沿的系統性能。Stratix IVFPGA采用了成熟可靠的工藝以及可編程功耗技術和動態片內匹配等體系結構創新技術來降低40G和100G應用的系統功耗，同時支持較高的系統帶寬。

PMA 是一種嵌入式宏，專門用于接收和發送片外高速串行數據流。PMA 通道包括全雙工通路( 發送和接收)，帶有I/O 緩沖、可編程輸出電壓、預加重和均衡、時鐘數據恢復(CDR) 和串化器/ 解串器(SERDES) 等模塊。表1 列出了Stratix IV GX FPGA 每個通道的收發器功耗。
Stratix IV GX 收發器采用了先進的電源穩壓和濾波技術，以降低發射器抖動，提高接收器抖動容限。因此，在實際系統鏈路中，收發器表現出優異的誤碼率(BER) 性能。發送和接收鎖相環(PLL) 片內穩壓器、敏感模擬電路的仔細隔離以及大量使用管芯和封裝去耦合電容，都有助于為收發器提供可靠的電源分配方案，同時為模擬電路提供非常干凈的電源。圖3 顯示了發射器在6.25 Gbps、8.5 Gbps 和10 Gbps 工作時的眼圖。
表1. 每個通道的收發器功耗( 僅PMA)
數據速率(Gbps) 40-nm 收發器功耗(mW)

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圖3. 發射器在6.25 Gbps （左側）、8.5 Gbps( 中間) 和10 Gbps( 右側) 時的“眼圖”對100 Gbps 的需求網絡帶寬快速增長的主要動力來自xDSL、FTTx、WiMAX 和3G/4G 平臺越來越多的寬帶用戶。IPTV、VoIP 和在線游戲等網絡帶寬應用，以及大量的在線用戶訪問視頻點播網站，也影響了對更大帶寬的需求。

今天，固網運營商以及電纜經營商的專網同時存在，他們通過互聯網提供廣播和按需點播節目，以及機頂盒視頻節目。這類服務網絡基于IP 技術，與節目內容來源和交付機制無關，在傳送網的核心部分有巨大的帶寬要求。