基本内容

自从2002年批准10Gb以太网通信标准以来，业界总是预测“明年”将会最终推出10Gb以太网。然而，自诞生以来，10Gb以太网的发展就因为其无法利用各种低速以太网标准成熟的传输方式而受到阻碍。到目前为止，10Gb以太网仍然缺乏一种基于非屏蔽双绞线(UTP)铜质电缆和RJ-45接头的解决方案。　最初，业界曾认为10GBASE-T，即现在所谓的基于铜质电缆的10Gb以太网，在设计、研发和实现上难度太大，因此他们希望改变原有的基本结构、传输介质、成本结构和操作方式，使用光纤网络重新组建数据中心和组织机构。直到2005年，10Gb以太网光纤方案的成本仍然高达每端口1000美元以上。原本预计光学模块的价格将会下降，密度将会提高，但是这些预测都没有实现。2002年末，IEEE 802.3工作组意识到需要展开进一步的研究工作，并启动了两项研究计划。第一个计划是称为10GBASE-CX4的短期计划，它基于屏蔽双绞线和Infiniband电缆互连技术，在短期内支持短距离的机架内互连。第二个计划是长期的10GBASE-T发展计划。

10GBASE-T解决方案采用了由集成式CMOS器件构成的成本结构、成熟的结构线缆和RJ-45连接技术，并同时具有之前以太网实现方案的密度优势。当前，10Gb以太网光学收发器链路已经在大型企业的数据中心内充当了IT设备的主机，如交换机、服务器和数据存储平台。但是，它们的数量规模还没有达到三年前人们的预期。光纤基础结构的普及程度还不如铜质电缆，除了这一妨碍因素之外，光学收发器相对较慢的普及过程也是一个原因。根据第三方市场调查机构的统计结果，带有10Gb光开关端口的收发器价格仍然相对比较昂贵，超过了2600美元。

10GBASE-T面临着很多技术挑战，本文将针对某些解决方案展开分析。10GBASE-T的市场前景依然看好。基于铜质电缆的10Gb以太网将具备10G链路所有的性能，而成本只有它的一半，支持更高的端口密度，收发器的成本趋势也符合成本降低的摩尔定律曲线。

2006年6月，基于非屏蔽双绞线铜质电缆的10Gb以太网IEEE 802.3an 10GBASE-T规范得以批准通过，该规范为网络管理员和IT专业人员构建数据中心和企业网络提供了两个重要的特性。首先，它支持传统的铜质电缆，新装用户能够沿用原有的铜质电缆结构并支持RJ-45连接器和接插板。其次，10GBASE-T通过支持高密度的10G开关，实现了有史以来成本最低的10G互连解决方案。由于Solarflare和其他一些公司曾经支持、参与和关注过该互连标准，因此PHY层芯片组在2007年初就问世了——为系统设计公司提供了构建具有10GBASE-T接口的以太网开关和NIC的相关技术，并将从2007年末开始面向最终用户推出相关产品。

由于具有较低的成本和方便的即插即用特性，UTP铜质电缆仍然可以作为建筑物内横向布线和数据中心布线的备选介质。尽管没有在标准中特别说明，但是5e类信道仍然可以支持10GBASE-T的操作。在6类链路中，该标准支持的传输距离从55米增加到了100米。此外，电缆行业已经定义了一种新的传输介质标准，推出了增强型6类的 6a类标准，在这一标准下，10GBASE-T最长能够支持100 米的传输距离。

由于10GBASE-T的运行可以基于原来已安装的或者新布设的UTP铜质电缆，因此它保持了即插即用的方便性以及UTP布线的低成本特点。10GBASE-T标准使得网络管理员在将网络扩展到10Gb的同时能够沿用原来已布设的铜质电缆基础结构，新装用户也可以利用铜质结构电缆的高性价比特点。

对于上述第二点，就像1Gb 1000BASE-T一样，随着10GBASE-T PHY行业不断提高硅器件的制造工艺并逐渐转向下一代工艺，10Gb以太网的OEM厂商将会为广大用户提供具有更小外观尺寸和更低功耗的产品。这两个趋势将有助于以太网开关厂商进一步提高端口密度，降低10Gb以太网的成本。而且，随着10GBASE-T市场规模的增长，10GBASE-T PHY将按照摩尔定律的趋势而发展。因此，由于10GBASE-T具有较大的端口密度和相对较低的元件成本，因此它有助于网络设备厂商大幅降低10Gb以太网互连的成本。

下一级网络互连

由于有了已经被认可的IEEE 802.3an标准，目前的硅解决方案已经成熟，相关的开关和NIC产品也即将问世，因此10GBASE-T已经做好了大规模应用于数据中心和企业级网络的准备。10GBASE-T非常适合于数据中心、企业机构、1G开关集群和小型骨干网络环境，它基于铜质电缆的互连方式将在实现10Gb网络互连性能的同时，为用户节省成本和投资。

通过转向稳定可靠、经济划算的下一级高性能以太网，具有更高带宽需求的高级应用将最终成为可能——从大量流媒体应用到支持Web 2.0的全部功能;采用iSCSI协议的会聚网络(converged fabrics)以及存储区域网络;在同一个物理服务器上相互独立运行，某些情况下采用异构操作系统的多台虚拟机器构成的虚拟服务器。

从1Gbps到10Gbps

为了更清楚地说明10GBASE-T及其工作原理，本文将简要回顾1000BASE-T并与10GBASE-T相对比。为了将以太网的传输速率提高到1Gbps，1000BASE-T以太网使用了4对5e类线，采用了基于网格编码调制的多位双向信号传输方式。收发器需要抵消掉每对线上的回波和近端串扰，以及抵消远端串扰(不作强制规定)。为了将比特率再提高一个数量级，10GBASE-T在这些方面做了进一步改进，增大了信号传输速率(从125M波特提高到800M波特)，并增加了传输信号的层数(从5层增加到16层)。

为了实现这一目标，人们采用了具有最新技术水平的低密度奇偶校验(LDPC)码，并进一步改进了接收器灵敏度、回波与串扰消除技术。表1总结了1000BASE-T和10GBASE-T所用的关键技术。尽管对信号传输、接收器灵敏度和干扰消除技术的改进措施使得10GBASE-T的实现成为可能，但是要想在更高速度下有效运行，还必须要用到10GBASE-T的相关算法和电路技术。

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板级设计者面临的问题

幸运的是，10GBASE-T中大部分复杂的技术问题都隐藏在硅器件一级，这对于板级设计者而言是透明的。与之前的1000BASE-T一样，10GBASE-T与MAC层的接口沿用现有的标准并行接口。

10GBASE-T设备有望像XENPAK、 X2和CX4设备那样，提供XAUI(每通道3.125Gbps)接口。这些均衡的自定时接口支持从MAC层到PHY层实现简洁的板级转换，不要求设备之间具有紧密的间隔。在设备的线路端，10GBASE-T产品将在混合电路与磁排列方案中采用厂商特有的PHY设计，这与1000BASE-T和之前基于双绞线的以太网解决方案是类似的。

通过使用与基于双绞线传输相同的信号传输与均衡技术，这些模拟接口所需的带宽将保持在400MHz。但是，和1000BASE-T一样，OEM厂商必须及时关注并指导其PHY供货商在DAC、磁模块和接收器前端之间的设计，优化回波消除的效果。此外，作为第一代10GBASE-T设备，功耗和成本效率问题将促使人们采用多芯片的解决方案，这需要在某些模拟器件和数字器件之间设置高速接口电路。通常，这需要使用标准的LVDS接口或其他速率达到几百MHz的类似接口。这种接口要求在10GBASE-T芯片组中各个芯片要相互靠近，为此厂商需要提供一些参考设计材料。