背板以太网--概述（一）

概述

背板以太网（Backplane Ethernet）是一种专为高性能嵌入式系统和数据中心交换机设计的以太网技术，它允许在设备内部的背板总线上实现高速的以太网数据传输。这种技术主要用于多插槽的通信系统、服务器集群、交换机和路由器等复杂设备中，其中多个线路卡或模块通过共享的背板进行通信。

核心特点

• 高速互联：背板以太网支持高速数据传输速率，随着技术发展，已从最初的1Gbps、10Gbps提升至现在的25Gbps、40Gbps乃至100Gbps及以上，满足了数据中心和高性能计算对数据吞吐量的高要求。
• 低延迟：为了满足实时性和高性能应用的需求，背板以太网设计注重减少信号传输延迟，通过优化的物理层设计和高效的协议实现，确保数据快速无损地在系统内部传输。
• 高密度集成：在有限的空间内，背板以太网技术能够支持大量接口的密集集成，使得系统可以扩展更多的线路卡或模块，增加系统整体的处理能力和灵活性。
• 标准化与互操作性：背板以太网遵循IEEE 802.3以太网标准，确保了不同厂商设备间的兼容性和互操作性，便于系统集成和升级。
• 功耗管理：针对数据中心能耗问题，背板以太网设计考虑了能效优化，采用低功耗技术，减少能源消耗，符合绿色IT的要求。

应用场景

• 数据中心交换机：在大型数据中心中，背板以太网技术用于构建高密度、高带宽的核心交换平台，支持服务器和存储设备间的高速数据交互。
• 电信设备：在电信网络设备中，背板以太网技术提高了系统内部模块间的通信效率，支持复杂的数据处理和路由任务。
• 高端服务器：在需要高速内部通信的多处理器服务器系统中，背板以太网提供了必要的数据传输基础设施，保证了系统资源的高效利用。
• 背板以太网支持1000 Mb/s, 2.5 Gb/s, 5 Gb/s, 10 Gb/s, 25 Gb/s, 40 Gb/s, 50 Gb/s, 100 Gb/s, or 200 Gb/s的全双工操作。支持如下的物理层标准：

— 1000BASE-KX for 1 Gb/s operation over a single lane

— 2.5GBASE-KX for 2.5 Gb/s operation over a single lane

— 5GBASE-KR for 5 Gb/s operation over a single lane

— 10GBASE-KX4 for 10 Gb/s operation over four lanes

— 10GBASE-KR for 10 Gb/s operation over a single lane

— 25GBASE-KR and 25GBASE-KR-S for 25 Gb/s operation over a single lane

— 40GBASE-KR4 for 40 Gb/s operation over four lanes

— 50GBASE-KR for 50 Gb/s operation over a single lane

— 100GBASE-KR4 and 100GBASE-KP4 for 100 Gb/s operation over four lanes

— 100GBASE-KR2 for 100 Gb/s operation over two lanes

— 200GBASE-KR4 for 200 Gb/s operation over four lanes

背板以太网支持IEEE Cluase 73自协商机制。

背板以太网可选地支持节能以太网EEE。

OSI参考模型

RS子层和xGMII接口

RS子层（将MAC侧的串行数据转换成xGMII侧的并行数据）和xGMII接口用于MAC子层与PHY层之间的互联。（IEEE Clause 35用于RS和GMII，IEEE Clause 46用于RS和XGMII，IEEE Clause 106用于RS和25GMII，IEEE Clause 81用于RS、XLGMII和CGMII，IEEE Clause 132用于RS和50GMII，IEEE Clause117用于RS和200GMII）。

管理接口

背板以太网支持基于IEEE Clause 45的MDIO寄存器接入方式。

物理层信号系统

背板以太网扩展了1000BASE-X物理层信令系统系列，包括1000BASE-KX。该实施例规定了信号以1Gb/s的速度运行在两对差分受控阻抗的PCB布线上（一对用于发射，一对用于接收）。该系统采用C36中定义的1000BASE-X PCS和PMA。1000BASE-KX PMD的定义详见C70。

背板以太网扩展了2.5GBASE-X物理层信令系统系列，包括2.5GBASE-KX。该实施例规定了信号以2.5Gb/s的速度运行在两对差分受控阻抗的PCB布线上（一对用于发射，一对用于接收）。该系统采用C127中定义的1000BASE-X PCS和PMA。25GBASE-KX PMD的定义详见C128。

背板以太网扩展了5GBASE-R物理层信令系统系列，包括5GBASE-KR。该实施例规定了信号以5Gb/s的速度运行在两对差分受控阻抗的PCB布线上（一对用于发射，一对用于接收）。该系统采用C129中定义的1000BASE-X PCS和PMA。5GBASE-KR PMD的定义详见C130。

背板以太网扩展了10GBASE-X物理层信令系统系列，包括10GBASE-KX4。该实施例针对于10GBASE-CX4的XAUI进行了扩展。它规定了信号以2.5Gb/s的速度运行在八对差分受控阻抗的PCB布线上（四对用于发射，四对用于接收）。该系统采用C48中定义的10GBASE-X PCS和PMA。10GBASE-KX4 PMD的定义详见C71。

背板以太网扩展了10GBASE-R物理层信令系统系列，包括10GBASE-KR。该实施例规定了信号以10Gb/s的速度运行在两对差分受控阻抗的PCB布线上（一对用于发射，一对用于接收）。该系统采用C49中定义的10GBASE-R PCS和C51中定义的10GBASE-R PMA。10GBASE-KR PMD的定义详见C72。10GBASE-KR PHY可选地支持C74定义的10GBASE-R前向纠错（FEC）。

背板以太网指定了25GBASE-KR和25GBASE-KR-S。25GBASE-KR实施例采用C107定义的PCS、C74定义的BASE-R FEC、C108定义的RS-FEC、C109定义的PMA和C111定义的PMD。该实施例规定了信号以25Gb/s的速度运行在两对差分受控阻抗的PCB布线上（一对用于发射，一对用于接收）。25GBASE-KR-S实施例采用C107定义的PCS、C74定义的BASE-R FEC、C109定义的PMA和C111定义的PMD。该实施例规定了信号以25Gb/s的速度运行在两对差分受控阻抗的PCB布线上（一对用于发射，一对用于接收）。

背板以太网指定了40GBASE-KR4。该实施例规定了信号以10Gb/s的速度运行在八对差分受控阻抗的PCB布线上（四对用于发射，四对用于接收）。该系统采用C82中定义的PCS、C74定义的BASE-R FEC、 C83中定义的PMA和C84定义的PMD。

背板以太网指定了50GBASE-KR、100GBASE-KR2和200GBASE-KR4。50GBASE-KR实施例采用C133定义的PCS、C134定义的RS-FEC、C135定义的PMA和C137定义的PMD。该实施例规定了信号以50Gb/s的速度(25GBaud PAM4编码)运行在两对差分受控阻抗的PCB布线上（一对用于发射，一对用于接收）。100GBASE-KR2实施例采用C82定义的PCS、C91定义的RS-FEC、C135定义的PMA和C137定义的PMD。该实施例规定了信号以50Gb/s的速度(25GBaud PAM4编码)运行在四对差分受控阻抗的PCB布线上（两对用于发射，两对用于接收）。200GBASE-KR4实施例采用C119定义的PCS(包括RS FEC)、C120定义的PMA和C137定义的PMD。该实施例规定了信号以50Gb/s的速度(25GBaud PAM4编码)运行在八对差分受控阻抗的PCB布线上（四对用于发射，四对用于接收）。

背板以太网指定了100GBASE-KR4。该实施例规定了信号以25Gb/s的速度运行在八对差分受控阻抗的PCB布线上（四对用于发射，四对用于接收）（在12.9GHz的插入损耗不超过35dB）。该系统采用C82中定义的PCS、C91中定义的RS-FEC、 C83中定义的PMA和C93定义的PMD。

背板以太网指定了100GBASE-KP4。该实施例规定了信号以25Gb/s的速度(12.5GBaud PAM4编码)运行在八对差分受控阻抗的PCB布线上（四对用于发射，四对用于接收）（在7GHz的插入损耗不超过33dB）。该系统采用C82中定义的PCS、C91中定义的RS-FEC、 C94中定义的PMA和PMD。