傳統的平行總線架構已經成為歷史。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，已大大超出了傳統的總線架構的能力。

今天，通信、網絡、服務器和存儲系統的設計師正在尋求更高的系統帶寬，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據與時鐘線之間的相位差，為更快的數據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 廠商發現，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品擴展和發展提供了與眾不同的機會。

本文旨在為業內人士和正在這一快速發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 互連標準的優點及其優勢和性能，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、產品開發商和OEM提供有價值的資源。

市場趨勢

串行交換產品市場通常能夠分為兩個細分市場：通信和網絡，以及企業服務器和存儲。

在通信和網絡市場，串行互連可應用于各種各樣的設備，包括：

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

IDT洞悉了通信和網絡行業的廣泛變化，即在系統組件和機架方面都在由專用向基于標準的產品方向發展。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成本的壓力，使服務提供商和設備開發商正向基于標準的交換構架靠攏。

對基于標準的系統的最新關注將推動由PCI工業計算機制造商組織 (PCI Industrial Computer Manufacturers Group, or PICMG) 開發的基于先進電信計算架構 (Advanced Telecom Computing Architecture，ATA) 規范的系統的采用。這一規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。ATCA3.0 標準既概述了包括物理特性，如系統的機架形狀、熱量管理、電源管理及電氣信號，還定義了現有的中央辦公室和數據中心系統的機械和物理尺寸。但是它沒有定義結構協議，而是支持采用針對不同應用的多種協議。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。

由于業界統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增加。用戶已經開始迫切需求串行數據速率超過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
?網絡附加存儲
?光纖通道系統

作為PCI 的繼承者，PCI Express (PCIe) 已經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、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 扇出產品的應用。模型和系統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。國際數據公司 (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議，InfiniBand將在競爭解決方案中保持其顯著的領先優勢。然而，從長期看，ASI的服務質量 (QoS) 、安全性和組播等內在優勢，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成本削減等。

主要協議對比

先進交換和背板以太網

在需要“數據通道結構”的通信應用領域，ASI比以太網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 (WAN) 應用的多重協議，并可提供使系統保持在流量管理架構控制狀態的無縫結構。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展的可能。

比較而言，盡管有許多產品，以太網不能對運營級的服務質量或提供支持和性能保證。以太網背板的流量管理架構受到以太網交換器的流量管理能力的限制。因此，系統提供商不能使這種功能有所區別。作為針對不可靠傳輸媒介的低成本網絡技術，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，以彌補協議與產品的不足。

然而，以太網的普遍采用和大量安裝基數也提供了許多重要的優勢。例如，由于生產規模的優勢，提供商能夠以非常具有競爭力的價格提供以太網交換器。而且，因為這一技術已經在廣泛的應用中被多種產品采用，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”就使用本地以太網的接入/集合系統中，如E-PON系統，以太網有時很有可能仍然是互連系統的選擇。

ASI 和 非透明橋接的PCI Express 交換

非透明橋接的PCIe交換為需要實現高速PCI管理層的多處理器系統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，從而消除系統控制的沖突。這一方法為減少分布式處理器的數量和操作系統的限制要求，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境的系統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。與此同時，ASI 為基于插座的接口通信或基于PCIe架構編寫的現有軟件提供了一個移植途徑，從而保存了軟件開發的價值。由于ASI 在物理和數據鏈接水平上與PCIe架構兼容，設計師能夠輕易構建整合了兩種技術的系統。事實上，大多數主要的微處理器提供商正在計劃引進集成了PCIe端口的產品，這些產品將與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 是專門為數據中心集群等高端計算應用而定制的。其軟件集約的協議、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點。支持這些應用以及最小的擁塞管理需要豐富的協議。然而，在有限的應用空間下，InfiniBand 只能提供有限的規模經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勢。而且，通過擴展PCIe的能力和融合其生態系統，ASI為設計師提供了保留靈活性規模和軟件支持的經濟效益。

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議組合，針對既定的市場應用和普通系統功能。

應用舉例

有線通信使用模型

在這一應用中，系統將利用ASI 提供的性能豐富的協議優勢，包括擁塞管理、服務質量、多點傳送、混合數據及控制層傳輸等能力。這些系統需要以運營級的性能和可靠性，在一個潛在擁塞的環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，這些系統也要求提供處理混合數據傳輸類型的能力。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定特性，以及針對控制層和數據層傳輸的“會聚”結構的靈活性。這最終降低了分類數據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之間性價比高的數據傳輸，在每個卡上通過串行RapidIO端口。新增的橋接器實現靈活的背板，從而適應基于廣泛協議的設計，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。這種情況更多地發生在 2路和 4路服務器上。現有的PCI-X 插槽可以改為一個PCIe 到 PCI-X 的橋接器。

存儲系統使用模型

由于存儲系統開始向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、數據密集端點，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將為以太網相關的市場提供引人注目的性能和成本優勢，包括一種以太網無法復制的集成的數據層和控制層方案。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線卡。NPU刀片服務器開發商很可能轉向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 非常適合實現在分配處理環境，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衡量的系統成本。適合的網路間橋接器將允許在刀片系統，如裝備可實現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，同時仍然保持與現有的PCI-X/PCI 系統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。ASI 將為與分解架構一起建立起來的系統提供一個頗具吸引力的選擇，而以太網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的價格和性能優勢，將最終被證明對存儲應用具有強勁的優勢。