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

今天，通信、網(wǎng)絡、服務器和存儲系統(tǒng)的設計師正在尋求更高的系統(tǒng)帶寬，以加速向串行總線架構的轉移。這些自動計時的總線結構消除了數(shù)據(jù)與時鐘線之間的相位差，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。

另外，一種技術應該可以滿足多種應用，設計師和 OEM 廠商發(fā)現(xiàn)，無論這些技術是基于標準的還是專用的，最佳的解決方案需要針對不同應用采用不同的串行互連技術。每一項技術應當提供唯一的性能屬性、成本結構、管理能力及服務和可靠性水平。每項技術也為未來的產(chǎn)品擴展和發(fā)展提供了與眾不同的機會。

本文旨在為業(yè)內人士和正在這一快速發(fā)展的領域做出選擇的公司提供一個指導。本文通過描述不同串行 I/O 互連標準的優(yōu)點及其優(yōu)勢和性能，以及鑒別使那些技術獲得最佳效果的應用，為那些不斷增加的、正在評估串行互連技術的設計公司、產(chǎn)品開發(fā)商和OEM提供有價值的資源。

市場趨勢

串行交換產(chǎn)品市場通常能夠分為兩個細分市場：通信和網(wǎng)絡，以及企業(yè)服務器和存儲。

在通信和網(wǎng)絡市場，串行互連可應用于各種各樣的設備，包括：

?邊沿/接入路由器
?多業(yè)務交換器
?城域以太網(wǎng)
?寬帶接入
?線纜調制解調器終端系統(tǒng)
?無線
oRNC/SGSN/GGSN
o基站 （微微//微/宏蜂窩）
?媒介網(wǎng)關
?軟交換器
?通信服務器

IDT洞悉了通信和網(wǎng)絡行業(yè)的廣泛變化，即在系統(tǒng)組件和機架方面都在由專用向基于標準的產(chǎn)品方向發(fā)展。為了避免過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部研發(fā)成本的壓力，使服務提供商和設備開發(fā)商正向基于標準的交換構架靠攏。

對基于標準的系統(tǒng)的最新關注將推動由PCI工業(yè)計算機制造商組織 (PCI Industrial Computer Manufacturers Group, or PICMG) 開發(fā)的基于先進電信計算架構 (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構和速率從2.5 Gbit/秒到 2.5 Tbits/秒的串行連接技術的基于背板的系統(tǒng)。ATCA3.0 標準既概述了包括物理特性，如系統(tǒng)的機架形狀、熱量管理、電源管理及電氣信號，還定義了現(xiàn)有的中央辦公室和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的機械和物理尺寸。但是它沒有定義結構協(xié)議，而是支持采用針對不同應用的多種協(xié)議。市場調查公司RHK的分析師預測，在ATCA 未來的增長方面，到2007年其市場容量將達到7萬臺。

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

在企業(yè)級服務器和存儲領域，串行互連已用于以下的主要設備：

?母板服務器
?刀片服務器
?磁盤存儲陣列
?存儲服務器
?網(wǎng)絡附加存儲
?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)絡和存儲市場采用了PCIe技術，在明年將提供原生PCIe 硬件。

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

與此同時，到明年，OEM廠商將開始配置基于PCIe 的針對快速增加的 I/O 的刀片系統(tǒng)。國際數(shù)據(jù)公司 (IDC) 預測，刀片服務器市場將快速增長，從2004年的40萬臺猛增到2008年的超過257萬臺。

在未來幾年，InfiniBand 和新興的先進交換互連 (Advanced Switching Interconnect，ASI) 協(xié)議將力爭得到高端多處理器服務器和存儲市場的接受。作為第一個進入市場的高端協(xié)議，InfiniBand將在競爭解決方案中保持其顯著的領先優(yōu)勢。然而，從長期看，ASI的服務質量 (QoS) 、安全性和組播等內在優(yōu)勢，以及其與PCIe硬件的兼容性，將使之成為一個更具有吸引力的選擇，并推動其在中高端服務器集群和存域網(wǎng)等領域的接受。

競爭的串行互連技術

大量的主要結構和器件互連協(xié)議可以通過普通功能（互連基架、背板、板上位）組織起來，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。從屬匹配認為用戶可能采用該標準，但是需要解決次佳的性能或者實現(xiàn)成本削減等。

主要協(xié)議對比

先進交換和背板以太網(wǎng)

在需要“數(shù)據(jù)通道結構”的通信應用領域，ASI比以太網(wǎng)更具杰出的性能和價值。ASI具有從基層直到支持運營級的性能，可提供服務質量 (QoS)、高水平的可靠性、出色的性能和廣泛的可升級性。它同時支持針對無線局域網(wǎng) (WAN) 應用的多重協(xié)議，并可提供使系統(tǒng)保持在流量管理架構控制狀態(tài)的無縫結構。單從性能角度來說，ASI 為基于標準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)不能對運營級的服務質量或提供支持和性能保證。以太網(wǎng)背板的流量管理架構受到以太網(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。作為針對不可靠傳輸媒介的低成本網(wǎng)絡技術，這種架構允許丟失信息包，它依賴TCP/IP層的端到端可靠性，且流量控制能力最小。最后，這一架構必須額外提供4倍的背板帶寬，以彌補協(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。例如，由于生產(chǎn)規(guī)模的優(yōu)勢，提供商能夠以非常具有競爭力的價格提供以太網(wǎng)交換器。而且，因為這一技術已經(jīng)在廣泛的應用中被多種產(chǎn)品采用，該架構對于設計公司和OEM廠商來說也更加熟悉。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交換為需要實現(xiàn)高速PCI管理層的多處理器系統(tǒng)設計師提供了一個非常誘人的選擇。這些設計師仍然希望最大限度地降低成本，并且保留其現(xiàn)有PCI軟件的基礎架構。該技術與透明PCI到PCI橋接不同，它增加了總線區(qū)段之間的地址域隔離。反過來，它可使多處理器配置中的一個處理器依次作為主機或結構管理器，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用提供了一個低成本的解決方案。然而，它要求系統(tǒng)設計師為用戶提供軟件補丁。

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

先進交換與InfiniBand

InfiniBand 是專門為數(shù)據(jù)中心集群等高端計算應用而定制的。其軟件集約的協(xié)議、復雜的尋址和路由配置使機架到機架的互連擴大到成百或成千個節(jié)點。支持這些應用以及最小的擁塞管理需要豐富的協(xié)議。然而，在有限的應用空間下，InfiniBand 只能提供有限的規(guī)模經(jīng)濟效益和適度的軟件支持。一些高端存儲應用也使用 InfiniBand 作為背板互連技術，因為在剛剛被引進市場時，它是唯一的低等待時間、高可靠性和可升級的技術。

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 虛擬化和分解架構的服務器和存儲應用提供了一種誘人的優(yōu)勢。而且，通過擴展PCIe的能力和融合其生態(tài)系統(tǒng)，ASI為設計師提供了保留靈活性規(guī)模和軟件支持的經(jīng)濟效益。

建議的使用模型

面向已定的市場應用，下面的表格總結了最傾向采用的互連協(xié)議組合，針對既定的市場應用和普通系統(tǒng)功能。

應用舉例

有線通信使用模型

在這一應用中，系統(tǒng)將利用ASI 提供的性能豐富的協(xié)議優(yōu)勢，包括擁塞管理、服務質量、多點傳送、混合數(shù)據(jù)及控制層傳輸?shù)饶芰?。這些系統(tǒng)需要以運營級的性能和可靠性，在一個潛在擁塞的環(huán)境中支持多種傳輸類型。

在要求運營級的性能和可靠性的同時，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 DSP 集群刀片， AS 背板就能夠為無線基礎架構提供所需的一系列穩(wěn)定特性，以及針對控制層和數(shù)據(jù)層傳輸?shù)摹皶邸苯Y構的靈活性。這最終降低了分類數(shù)據(jù)層和控制層的擁有成本。

無線基站使用模型和簡要目錄

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

服務器母板使用模型

這些應用依賴于所使用的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路服務器上?，F(xiàn)有的PCI-X 插槽可以改為一個PCIe 到 PCI-X 的橋接器。

存儲系統(tǒng)使用模型

由于存儲系統(tǒng)開始向PCIe技術轉移，對PCI Express 交換器能力的需求將會增加，以便采用非透明橋接支持 I/O 高性能擴展、數(shù)據(jù)密集端點，如光纖通道、RAID適配卡和冗余的1:1架構。

市場趨勢預測

有線通信

ASI 將為這一市場提供的無可比擬的優(yōu)勢將推動這一技術在背板上的應用。從長遠來看，ASI將為以太網(wǎng)相關的市場提供引人注目的性能和成本優(yōu)勢，包括一種以太網(wǎng)無法復制的集成的數(shù)據(jù)層和控制層方案。Rapid Fabric市場容量太小，無法與背板結構的市場價值相比。

板上互連的變化取決于使用的子系統(tǒng)線卡。NPU刀片服務器開發(fā)商很可能轉向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卡開發(fā)商將采用 PCIe 技術，而 DSP卡設計商將選擇串行 RapidIO 解決方案。

無線通信

RapidIO 對于涉及對等處理和依靠如DSP之類的嵌入式處理器件的無線基礎架構應用具有特殊的適配性。串行 RapidIO 非常適合實現(xiàn)在分配處理環(huán)境，如DSP 集群中的適宜性能，同時提供必須的擴展、升級、兼容和可靠性。與此同時最小化以幾個關鍵參數(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)，如裝備可實現(xiàn)ASI背板的基于ATCA 的機架，之內配置串行 RapidIO 線路板。

服務器

PCIe交換器和橋接器為設計師尋求 I/O 擴展能力，同時仍然保持與現(xiàn)有的PCI-X/PCI 系統(tǒng)的橋接提供了最誘人的選擇。未來對 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的改良版實現(xiàn)。ASI 將為與分解架構一起建立起來的系統(tǒng)提供一個頗具吸引力的選擇，而以太網(wǎng)仍然將是刀片服務器架構事實上的標準技術。

存儲

ASI 將直接與 Infinband 爭奪中高端市場。從長遠來看，由快速擴展的PCIe基礎架構所推動的ASI的價格和性能優(yōu)勢，將最終被證明對存儲應用具有強勁的優(yōu)勢。