In tutti i settori dell’Ict sono sempre più numerose le applicazioni che richiedono il trasferimento di dati a velocità superiori a 1 gigabit al secondo, la massima prestazione ottenibile dallo standard Gigabit Ethernet. Queste esigenze possono oggi essere soddisfatte in modo semplice e affidabile tramite lo standard 10 Gigabit Ethernet, definito dalle specifiche Ieee 802.3-2008, rivolto sia ai normali cavi in rame sia ai cavi in fibra ottica. La soluzione 10GbE ha ormai raggiunto la piena maturità tecnologica ed è utilizzabile immediatamente per aumentare la velocità di trasmissione in una grande varietà di applicazioni, senza rinunciare alla semplicità e alla robustezza di Ethernet. Grazie a una completa offerta di componenti specifici messi a disposizione dall’industria dei semiconduttori, la realizzazione di una scheda 10 Gigabit Ethernet è oggi un’impresa alla portata di molte aziende
Le versioni dello standard
La grande flessibilità di 10 Gigabit Ethernet si deve anche a una serie di varianti rivolte ad applicazioni diverse. Lo standard, innanzitutto, definisce due diversi Phy (Physical layer device) destinati rispettivamente alle reti Lan e alle reti Wan. Con riferimento ai cavi in fibra ottica, le specifiche per il Lan Phy comprendono a loro volta sette diverse varianti, che differiscono tra loro per la massima distanza di trasmissione (da soli 10 metri fino a ben 40 chilometri), per il tipo di fibre ottiche utilizzate (monomodali o multimodali), per la tipologia del laser e la lunghezza d’onda dell’emissione luminosa, per l’impiego della tecnologia Wdm (Wavelength division multiplexing) e così via. Il Wan Phy, domulato in tre varianti, è utilizzato nei casi in cui si desideri trasportare un flusso di dati 10 Gigabit Ethernet su una rete Sdh/Sonet senza dover necessariamente rimappare le trame Ethernet. Anche per quanto riguarda i collegamenti in rame, per applicazioni backpanel e per cavi twisted pair, esistono diverse versioni dello standard, la più importante delle quali (denominata 10Gbase-T) consente di coprire distanze fino a cento metri utilizzando cavi di qualità Cat-6A o superiore e connettori RJ45.
L’architettura della scheda
Prima di passare in rassegna i componenti offerti da alcuni dei principali produttori del settore, vediamo brevemente l’architettura di una generica scheda conforme allo standard 10 Gigabit Ethernet. Nel caso delle schede rivolte ai cavi in fibra ottica, il sistema si compone di tre blocchi principali: un Mac, un Serdes e un modulo ottico; nel caso dei cavi in rame, ovviamente, al posto del modulo ottico si trova un transceiver elettrico. Il blocco Mac (Media access control) comunica direttamente con il computer mittente/destinatario dei dati, generalmente tramite uno switch Pci Express (nella versione a quattro “corsie”, x4 lane) che può far parte della scheda Ethernet o essere integrato nel computer stesso; l’interfaccia tra lo switch e il Mac può essere la stessa Pci Express a quattro lane oppure la Spi 4.2 anche detta Pos-Phy level 4 (PL-4). In trasmissione questo blocco provvede a suddividere i dati in pacchetti (come richiesto dal protocollo ethernet) e ad etichettare ciascun pacchetto con il proprio indirizzo, mentre in ricezione si occupa di estrarre il carico utile dai pacchetti e di ricomporre il flusso dei dati. Il blocco Mac è collegato quindi a un Serdes (serializzatore/deserializzatore), necessario in trasmissione per convertire il flusso dei bit da parallelo a seriale e, in ricezione, per effettuare la conversione inversa. Il collegamento tra Mac e Serdes può impiegare una delle due specifiche interfacce definite nell’ambito dello standard 10 Gigabit Ethernet, denominate Xgmii e Xaui. Infine il Serdes scambia i dati seriali con i moduli ottici o, nel caso di schede per cavi in rame, con i transceiver. I moduli ottici effettuano la trasduzione del segnale elettrico in segnale ottico (o viceversa) e si interfacciano con il cavo in fibra ottica. Il mercato offre una varietà di moduli ottici conformi a standard industriali, tra cui quelli denominati Xenpak, X2, Xfp e Sfp+. Ciascun tipo di modulo ottico richiede un proprio tipo di interfaccia per la comunicazione con il Serdes: i moduli Xenpak e X2 impiegano la già citata interfaccia Xaui, i moduli Xfp un’interfaccia denominata Xfi, mentre per i moduli Sfp+ è richiesta l’interfaccia Sfi. I transceiver per il cavo in rame conformi allo standard 10Gbase-T normalmente impiegano l’interfaccia Xaui o Xfi per il collegamento al Serdes. L’architettura generica qui descritta può avere numerose varianti; ad esempio, il blocco Serdes può essere integrato nel modulo ottico (come nel caso dei moduli Xenpak e X2), inoltre le funzioni svolte dai singoli blocchi possono cambiare, ad esempio nel caso d’impiego di moduli Sfp+, il Serdes deve svolgere anche la funzionalità di equalizzazione Edc.
Un’offerta completa
Come si è detto, la tecnologia 10GbE è matura e pertanto vari importanti produttori di semiconduttori e di moduli ottici offrono già i componenti necessari per realizzare schede conformi a questo standard. Un distributore dotato di forti competenze tecniche come Avnet Memec, ad esempio, è in grado di aggregare le offerte dei singoli produttori specializzati e quindi di proporre ai clienti una gamma completa di “mattoni” che consentono di realizzare schede conformi a tutte le varianti dello standard, coprendo quindi tutte le applicazioni. L’offerta di Avnet Memec in questo campo comprende i prodotti di cinque principali aziende: Marvell (che, oltre ad essere un importante player nel mercato delle Cpu Arm, è leader anche nel settore degli switch e transceiver per Fast, Giga e 10 Gigabit Ethernet), Applied Micro (la società precedentemente denominata Amcc, leader nel mercato dei Serdes ad alta velocità per applicazioni datacom e telecom Sdh/Otn), Pmc Sierra (azienda canadese leader nel mercato dei framer telecom e datacom), Finisar (azienda statunitense leader nel settore dei moduli ottici per applicazioni telecom e datacom) e Plx (azienda statunitense storicamente leader nel mercato dei prodotti “Pci to any”, ora protagonista importante anche nelle applicazioni Pci Express).
I componenti
Per quanto riguarda l’interfacciamento PCIexpress tra la scheda 10GbE e il computer mittente/destinatario dei dati, Avnet Memec può quindi offrire ai propri clienti due diverse famiglie di prodotti Plx: una rivolta allo standard Gen1, che prevede switch di capacità compresa tra 5 porte/5 lane e 9 porte/48 lane (PEX85xx); l’altra rivolta allo standard Gen2, comprendente switch di capacità compresa tra 4 porte/4 lane e 24 porte/96 lane (PEX86xx). A questi prodotti si aggiunge la famiglia degli switch Ethernet Prestera DX/CX di Marvell, dispositivi che offrono fino a 48 porte 10GbE/Xaui. Passando al blocco Mac, l’offerta comprende due prodotti che si differenziano per le interfacce verso il computer: un componente Marvell dotato di interfaccia Spi4.2 e un componente Pmc Sierra con interfaccia Pos-Phy level 4 (PL-4). Molto vasta l’offerta di Avnet Memec nel campo dei Serdes, un blocco funzionale che può essere realizzato con prodotti Marvell o Applied Micro. L’offerta Marvell è centrata sulla famiglia AlaskaX, comprendente diversi componenti (Serdes singoli, doppi e quadruplo) che complessivamente coprono molte delle possibili combinazioni tra interfaccia lato computer (Xaui, Xgmii) e lato rete (Xaui, Xfi, Sfi), per modalità sia Lan che Wan. In alternativa, Applied Micro offre una famiglia di prodotti comprendente Serdes singoli e doppiai quali si aggiunge il componente per il supporto di frame Otn e Fec. Tutti i Serdes di questa azienda sono accomunati dall’interfaccia Xaui sul lato computer, mentre sul lato rete l’offerta Applied Micro si caratterizza per il fatto che numerosi prodotti (compresi Serdes singoli e doppi) sono dotati di interfaccia Sfi e possono quindi interfacciarsi con moduli ottici Sfp+. Quasi tutti i Serdes Applied Micro possono essere utilizzati per modalità sia Lan che Wan. Per quanto riguarda i moduli ottici, la produzione Finisar è veramente completa e prevede tre famiglie di prodotti conformi rispettivamente agli standard Xfp, Xenpak/X2 e Sfp+. Passando infine al blocco Phy per i cavi in rame, Avnet Memec propone una famiglia di transceiver che Plx ha recentemente aggiunto al proprio catalogo per effetto dell’acquisizione della società Teranetics; a questi prodotti si affiancherà presto un analogo dispositivo Marvell.
