乙太網路控制晶片

零件採購－乙太網路控制晶片
（郭長祐╱DigiTimes.com）	2007/01/22
乙太網路晶片的領域相當廣泛，包括用戶端網卡中所用的晶片、中繼器╱集線器╱交換器所用的晶片等，不過本文主要的重點在於用戶端設備內所用的乙太網路晶片，而非交換、傳輸設備內所用的乙太網路晶片（或稱：乙太網路交換器晶片）。 即便只談用戶端所用的乙太網路晶片，也還是有諸多的市場及應用領域的分別，以目前最先進的10Gbps乙太網路（簡稱：10GbE）而言，由於傳輸速率已相當高速，因此多半用在機房內的區域連線，並試圖取代（或聚合）InfiniBand及Fibre Channel，或是其他的專屬、特用的高速連線。 也因為被賦予這樣的角色任務，使得10GbE不再只是過去單純的乙太通訊網路，連帶必須具備許多過去特有連線所具備的功效，例如遠端直接記憶體存取（Remote Direct Memory Access；RDMA），在10GbE上加添RDMA功效後即便稱為iWARP技術。目前10GbE、iWARP方面的晶片技術多掌握在國外的業者之手，如Ammasso、Broadcom、Chelsio、Marvell、NetEffect、以及Precision I/O等公司。 此外，也有業者期望延長乙太網路的傳輸距離，從區域擴展到都域，如此就有了Metro Ethernet，Metro Ethernet同樣屬於少數通訊設備業者的專擅領域。 談完10GbE後則是GbE（1Gbps），1Gbps的用戶端乙太網路晶片已逐漸降價普及，且有取代100Mbps乙太網路之勢，而與10GbE相同的，GbE被賦予自身角色之外的其他任務，例如做為低成本的儲域網路連線，此即成為iSCSI。目前具有GbE相關晶片的國外業者有Agere、Broadcom、Intel、Marvell、QLogic、TI等，不過在此之外國內也有瑞昱科技（Realtek）、威盛電子（VIA Tech，網路方面的晶片過去曾有一段時日屬於威瀚科技）等提供GbE晶片方案，矽統科技（SiS）則有GbE收發器方面的方案，此外聯傑國際（DVICOM，聯電相關企業）也即將有單晶片方案。 至於100Mbps的乙太網路晶片是目前最普及的，但如前所述正逐漸被GbE推擠中，不過短時間內都仍有100Mbps乙太網路的市場空間，這是因為寬頻速率提升遲緩之故，即便改用光纖到府（Fiber To The Home；FTTH），100Mbps也仍可因應。事實上也是如此，除了追求一切至高水準的Sony PlayStation 3外，無論是Microsoft Xbox 360或Nintendo Wii，都還是使用100Mbps為主的乙太網路。 不僅如此，許多的視訊機頂盒（Set-Top Box；STB）、家用閘道器（Home Gateway）、精簡型電腦（Thin Client）等，也都與電視遊樂器（Game Console）一樣，都只要100Mbps乙太網路即可。此外針對金磚四國（BRIC）與新興國家等市場而推行的產品，若有乙太網路的設計需求，也都以100Mbps為主先考慮。至於10Mbps，可說幾乎完全被100Mbps所取代，僅剩少數業者持續供貨。 單晶片型態 vs.晶片組型態 概要瞭解10Gbps、1Gbps、100Mbps、以及10Mbps的乙太網路控制晶片後，進一步的還要瞭解控制晶片的構成方式，就一般而言有兩種構成方式，一是單晶片法、另一是晶片組法。 各類應用晶片發展的初期都無法立即達到高度整合的水準，因此都是從晶片組方式開始，之後隨著技術的逐漸成熟與製程技術的進步，才會有單晶片的版本。所以乙太網路晶片也無從例外，初期的乙太網路控制晶片為晶片組型態，除了一顆控制晶片（MAC層）外，多半還要在封裝之外再行額外搭配一顆收發器（PHY層）晶片，而後才有單晶片，即是兩顆各自封裝的晶片改成一體性設計、產製。 有了單晶片型態的乙太網路晶片後，是否就表示晶片組型態就此消退？答案為否，單晶片型態的優點是更低的成本、更小面積的實現電路，但卻缺乏再行搭配組合的彈性，相對的晶片組較能滿足設計彈性的需求，因此晶片組的型態仍舊存在，兩者並存，端視設計取向而選用。 此外，在選擇評估上必須瞭解該晶片所支援的介面，此主要包括PCI、PCI-X、 PCI Express等，PCI是最常見的支援介面，不過32-bit 33MHz的PCI不太適合於GbE，理由是32-bit 33MHz的PCI僅132MB/Sec頻寬，已與1Gbps相近，因此GbE以上多半建議使用66MHz的32-bit PCI、或64-bit PCI、或PCI-X、或PCI Express等介面。 另外，若是用於行動裝置的設計，則最好能支援Mini PCI規範，Mini PCI新增了Clkrun接腳訊號，可更有效控制板卡方面的用電。至於工作站、伺服器、儲存設備等設計，則重視遠端管理的支援、多埠的平衡/備援支援等，且多半使用較高階的PCI-X、PCI Express介面，僅部分仍在用過往的64-bit PCI介面。 Agere Systems（傑爾系統）的ET1011C Agere Systems的ET1011C是一個GbE乙太網路收發器晶片，是以0.13um CMOS製程實現的單一晶片，採行128-pin TQFP封裝，此外也可選擇84-pin MLCC封裝，或68-pin MLCC封裝。由於使用先進的製程技術，因此能將功耗用電降至最低，適合用在桌上型電腦或伺服器等應用中。 此外，晶片內也已經具備了電壓調節設計，如此在供電設計上也更加便利。ET1011C完全合乎IEEE 802.3、IEEE 802.3u、IEEE 802.3ab等標準規範。 ET1011C使用一種過度取樣（oversampling）的架構，以此在通訊通道上能比傳統架構聚集更多的信號能量。此外，信號能量或類比複雜性傳輸等將以數位方式（digital domain）處理，如此與傳統架構相比，其類比前端將可更強固地運作，同時也降低價格成本、用電成本。 Broadcom的BCM5701 BCM5701是一個完全整合10/100/1000BASE-T的GbE控制晶片，該晶片具備了MAC、PHY功效，並專供高效能網路應用而設計。此外BCM5701也完全合乎IEEE 802.3規範、PCI 2.2版規範、以及PCI-X介面（133MHz）規範，同時內建具深度的緩衝記憶體、實體收發器等於單一裝置（晶片）內。 此外，BCM5701使用低電壓、0.18um的CMOS製程所製成，適合在單晶片GbE網路卡或LOM解決方案。進一步的，BCM5701是以Broadcom原有的BCM5700控制器（10/100/1000Mbps，PCI-X介面）為基礎所發展成，BCM5700為業界第一個支援PCI-X介面的GbE控制晶片，同時也是最具傳輸效能的GbE控制晶片、最低處理器資源耗用的GbE控制晶片。 BCM5701的驅動程式相容於過往的BCM5700，如此可以讓資訊技術專業人員（資管員、網管員）很容易地讓既有的伺服器進行網卡升級，且不用再次進行軟體方面的測試、驗證。 英特爾（Intel）的82572EI Intel的82572EI乙太網路控制晶片是一個單一、緊緻的組件，該晶片完全整合GbE的MAC及PHY功效。 82572EI使用PCI Express介面（Rev 1.0a），並在極小的區塊面積中實現GbE機能，如此特別適合在工作站、伺服器等的設計，因為此類設計相當強調電路面積的精省性。 82572EI提供一個IEEE 802.3乙太網路介面，並支援1000BASE-T、100BASE-TX、以及10BASE-T等應用，且整合了一個串化解串器（Serializer-Deserializer；SerDes），可支援1000BASE-SX、1000BASE-LX（光纖）及GbE背板等應用。除此之外MAC層、PHY層皆可進行管理，控制晶片也能管理PCI Express封包的傳輸、連線等。 聯傑國際（DAVICOM）的DM9010 DM9010是一個具完整整合及成本效益的高速乙太網路控制單晶片，該晶片具有一個通用性的處理器介面、10/100Mbps的PHY功效電路、以及16KB的SRAM記憶體。DM9010使用低功耗、高效能的製程技術，並以3.3V為運作電壓，但也可容忍5V電壓的運作。 DM9010也提供MII介面，好用以連結HPNA裝置，或其他也支援MII介面的收發器。DM9010支援8位元、16位元、及32位元讀微處理器介面，不同的處理器可透過內部記憶體來對DM9010進行存取。此外，DM9010的PHY層可支援10Base-T（UTP3、4、5）以及100Base-TX（UTP5），同時完全合乎IEEE 802.3u的規格，並具備自動協調功效，此外也支援IEEE 802.3x的全雙工流量控制。 美國國家半導體（NS）的DP83816 DP83816是一個PCI介面、10Mbps/100Mbps的乙太網路控制單晶片，它是針對低成本、高用量的個人電腦主機板、介面卡、以及嵌入式系統而設計。DP83816完全實現2.2版PCI（33MHz時脈）介面的主控端通訊及用電管理。封包描述子（Packet descriptors）及資料能夠以Bus Mastering的方式進行傳輸，減少主控端處理器的介入處理心力。同時，DP83816也支援10Mbps/100Mbps的全雙工收發，並使訊框間的落差（interframe gap）降至最低。 DP83816的主要功能包括： ◆合乎IEEE 802.3規範、PCI 2.2版規範，內部PHY支援10Mbps/100Mbps傳輸速率。 ◆支援Bus master技術，尖峰傳遞最大128個DWord（Double Word，32bits），等於512Bytes。 ◆合乎PC97、PC98的BIU規範，也合乎PC99硬體設計指引、ACPI 1.0版、PCI用電管理1.1版、OnNow裝置類別用電管理參考規格中的網路裝置類別1.0版。 ◆支援Wake on LAN（WoL）、SecureOn、及OnNow，包括直接封包（directed packets）、魔法封包（Magic Packet™）、虛擬區網封包（VLAN packets）、ARP封包（ARP packets）、印記比對封包（pattern match packets）、以及PHY狀態的變更。 ◆具備「Clkrun」的接腳控制功效，適合用在行動式省電設計中。 ◆支援虛擬區域網路（Virtual LAN；VLAN）及長訊框（Long Frame）。 瑞昱科技（Realtek）的RTL8100C（包含CL/C-LF/CL-LF） Realtek RTL8100C是一個具高度整合性、成本效益的Fast Ethernet控制單晶片，同時也具備先進組態電源介面（Advanced Configuration Power Interface；ACPI）的管理功效，可透過PCI介面進行有效的用電管理，並實現先進的「由作業系統直接進行用電管理，Operating System Directed Power Management；OSPM」。 RTL8100C也支援遠端喚醒（remote wake-up），這包括AMD的Magic Packet™技術，以及Microsoft®的Wake-up frame（訊框）等，可強化網路維護、管理的成本效益，最適合用於筆記型電腦、/主機板等需求的嵌入式網路設計。 RTL8100C的主要功能包括： ◆128-pin PQFP/LQFP（PQFP封裝與Realtek RTL8110S-32單晶片GbE控制晶片完全接腳相容）。 ◆支援PCI/mini-PCI介面。 ◆整合Fast Ethernet MAC、PHY、以及收發器於單一晶片。 ◆10Mbps或100Mbps運作。 ◆支援10Mbps及100Mbps等多路（N-way）自動協調。 ◆支援25MHz石英振盪器，或25MHz的內部時脈振盪源。 矽統科技（SiS）的SiS900 SiS900首創以0.35um、3.3V製程生產，並在先進的規格技術及系統整合度上領先同業。SiS900融合最先進的多種網路喚醒功能（Wake-On-LAN；WoL）、先進電源管理介面（ACPI）、流量控制系統（Flow Control）、PCI電源管理規格（PCI power management spec.），並符合PC98規範，可在Windows環境下操作，使網路系統得以有效的管理與運用，達到節省能源的目的。SiS900整合最先進的規格，功能卓越而完整。印刷線路版的設計簡易，零件少，空間省，且可自動偵測電源，符合未來主機板的發展趨勢，不須再有任何設計更改，大幅節省成本，可說是10/100Mbps網路市場上的最佳產品。該晶片適合各種應用層級，從高階網管、伺服器，到中低階主機板、網路卡皆能符合需求。 SiS900的主要功能包括： ◆支援ACPI、Wake-On-LAN（Magic Pocket™，Wake-up-frame、Link-on、Link-off）OnNow及PCI電源管理規格。 ◆提供從遠端伺服器（包括NT、OS/2及Novell）開機的功能。 ◆兩層PCB設計，支援石英晶體及振盪器。 ◆不須外加記憶體、TTL及電源轉換器。 ◆3.3V電源供應，5V信號輸出/入。 ◆支援全系列驅動程式。 ◆Microsoft及Novell認證。 威盛電子（VIA Tech）的VT6122 VT6122晶片相容於IEEE 802.3（10 BASE-T）/802.3u（100 BASE-T）/802.3ab（1000 BASE-T）傳輸規範，支援10/100/1000Mbps三種資料傳輸速度，在各種速度下都具備全雙工/半雙工運作能力。而為了提高傳輸效率，VT6122內建64KB的記憶體，且擁有降低主機CPU使用率的設計，同步提升資料傳遞與主機端運算的整體系統效能。 該晶片亦支援PCI Power Management 1.1/ACPI 2.0等規格，最大耗電量僅1.3瓦，可直接以3.3V的電流供電。可搭配GigaCheck連結管理程式，降低Gigabit網路的建置與管理困難度。GigaCheck可幫助網路管理者藉由視覺化的信號，掌握完整的實體網路相關資訊。 在傳輸時的溫度方面，VT6122在傳輸三分鐘之後以非接觸式紅外線測溫儀來測量晶片中心點的溫度，傳輸溫度約為45度（其他各款的溫度都在60度以上），相較之下，VT6122的溫度的確低上許多。在25MHz或50MHz干擾測試之中，VT6122能保持1Gbps的連線速度，雖然對於傳輸的速度還是有些許的影響，但是相對於其餘的網路晶片在有干擾的情況下都是以斷線收場，VT6122抗雜訊的能力的確極具產品競爭力。 為了讓使用者更了解網路的使用狀況，威盛電子（威瀚科技）提供網路連線偵測軟體NICSET-GE，可偵測基本的硬體檢測功能、網路喚醒的封包測試、連線狀況監視、網路線長的偵測、連線品質分析、網路線的分析等等，一旦當網路連線有異常時，就能夠從軟體去分析是不是網路線的問題，對於網路管理者相當有幫助。