利用新一代以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建節(jié)能系統(tǒng)

博通采用IEEEP802.3az節(jié)能以太網(wǎng)絡(luò)(EEE)草案標(biāo)準(zhǔn)作為其廣泛架構(gòu)的一部分，使得在其整個(gè)有線以太網(wǎng)方案中，能以合理的價(jià)格點(diǎn)實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能的需求。博通節(jié)能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)通過控制策略以及易于與標(biāo)準(zhǔn)融合的軟硬件子系統(tǒng)，來達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)草案的需求。博通節(jié)能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能協(xié)助客戶建立完整的節(jié)能系統(tǒng)，從而節(jié)省能源，縮短上市時(shí)間。 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在成本與性能方面均已實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，而博通(Broadcom)的下一代網(wǎng)絡(luò)解決方案是在耗電方面進(jìn)行優(yōu)化，使其可以更有效利用網(wǎng)絡(luò)資源。

IEEE802.3az

IEEEP802.3az也稱為節(jié)能以太網(wǎng)絡(luò)，目前正處于研發(fā)階段，其目的是實(shí)現(xiàn)在被挑選的一組PHY上的以太網(wǎng)絡(luò)節(jié)省能源。為此項(xiàng)目所挑選的PHY包括普及的100BASE-TX與1000BASE-TPHY，還有新興的10GBASE-T技術(shù)與背板接口，例如10GBASE-KR。目前為這些PHY計(jì)劃的省電方法是采用一種被稱為低功耗閑置模式(LPI)的技術(shù)。

100M以上接口的固有以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格具備閑置狀態(tài)，若要維持在開機(jī)狀態(tài)，不受數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗疲瑒t需使用大量的電路。因此，無論是否連接上數(shù)據(jù)，耗電量都很大。LPI技術(shù)可在連接利用率低(高閑置時(shí)間)時(shí)提供較低的能源消耗，而連接利用率低的情形在許多以太網(wǎng)絡(luò)上是很常見的。另外，LPI技術(shù)也可以快速轉(zhuǎn)換回工作狀態(tài)，提供高效能數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)目前的進(jìn)展情況，IEEEP802.3az有望在2010年9月獲得批準(zhǔn)。

圖1：傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與下一代網(wǎng)絡(luò)的成本、性能、耗電模式。

EEE廣泛的適用性

在有線連接上以太網(wǎng)絡(luò)已成為一個(gè)很普遍的技術(shù)選擇。企業(yè)、中小企業(yè)、服務(wù)供貨商、家庭網(wǎng)絡(luò)、專業(yè)AV網(wǎng)絡(luò)，正在逐漸地實(shí)際采用以太網(wǎng)絡(luò)，而數(shù)據(jù)中心與儲存設(shè)備也普遍采用以太網(wǎng)絡(luò)。因此，網(wǎng)絡(luò)的所有區(qū)域均可從EEE節(jié)能中獲益。

EEE具有高度節(jié)能潛力

長期而言，典型的以太網(wǎng)絡(luò)流量的特性就是平均連接利用率低，但偶爾會因網(wǎng)絡(luò)活動而造成流量激增。由于EEE在連接上具有高比例的閑置時(shí)間特性，因此非常適合使用EEE，利用閑置時(shí)間實(shí)現(xiàn)低功耗。(見圖2)。以太網(wǎng)絡(luò)流量會因應(yīng)用與市場的不同而有所區(qū)別，使用EEE搭配下述的控制策略技術(shù)，終端客戶即可利用網(wǎng)絡(luò)閑置時(shí)間，高度節(jié)省電量。

圖2：典型流量表示例。

博通新的物理層產(chǎn)品采用尖端的節(jié)能技術(shù)，控制器與交換器產(chǎn)品比僅使用EEE的LPI更為節(jié)省且可擴(kuò)展到物理層之外。以下兩個(gè)額外的組件在建立EEE系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)時(shí)是不可或缺，雖超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，但對EEE裝置很重要：

?EEE控制策略：控制物理層何時(shí)進(jìn)入或離開低功耗狀態(tài)，何時(shí)是在標(biāo)準(zhǔn)范圍之外?？刂撇呗詻Q定引擎與物理層控制件之間的整合程度，可以影響整體效率。此外，控制策略也扮演關(guān)鍵的角色，可達(dá)到大幅節(jié)省的效果，同時(shí)大幅降低對網(wǎng)絡(luò)性能造成的影響。

?增強(qiáng)式節(jié)能：裝置中增強(qiáng)的節(jié)能功用能夠擴(kuò)展到傳輸聯(lián)機(jī)伙伴或接收聯(lián)機(jī)伙伴的物理層之外(見圖3)。圖3顯示網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連接至節(jié)點(diǎn)(如交換器)的邊緣裝置(如服務(wù)器或客戶端)。這類裝置的連接是通過EEE以太網(wǎng)絡(luò)連接。該圖以類似OSI的方式將每個(gè)連接部份分成重要的子系統(tǒng)，也就是以底部物理層(標(biāo)示為PHY)作為起始，然后往上堆棧。圖3也說明了通過博通易于支持各種節(jié)能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)增強(qiáng)功能可以額外省下不少電力。這些原則也適用于交換器至交換器的連接。

圖3：博通節(jié)能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠更有效達(dá)到節(jié)能。?

控制策略技術(shù)

控制策略涵蓋多層，因?yàn)樵撗b置的管理系統(tǒng)必須依據(jù)輸入才能繼續(xù)接下來的動作，以決定進(jìn)入或離開節(jié)能狀態(tài)?？刂撇呗员仨氠槍μ囟☉?yīng)用進(jìn)行定制化，才能達(dá)到最佳的節(jié)能狀態(tài)，使用博通的軟件就可以做到這點(diǎn)。此外，可對博通軟件堆棧進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，選擇不同程度的性能與節(jié)能選項(xiàng)。

AutoGrEEEn技術(shù)

為了使市場快速采納并讓客戶立即移轉(zhuǎn)到EEE連接站，博通已引進(jìn)AutoGrEEEn技術(shù)作為EEEPHY內(nèi)容的一部分。在PHY裝置內(nèi)部設(shè)置控制策略輔助引擎與電路后，AutoGrEEEn技術(shù)即可讓具備非EEEMAC的裝置順暢轉(zhuǎn)移至EEE能力。

要具備EEE能力，必須在MAC/PHY接口上通過頻段內(nèi)的指示信號對PHY進(jìn)行控制。要達(dá)到這樣的目的，則必須替換PHY與MAC芯片。有多種系統(tǒng)會把MAC與PHY當(dāng)作兩種不同的芯片使用，MAC往往會內(nèi)嵌于交換器或控制器類型的裝置。這類內(nèi)嵌MAC的裝置具備相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動程序與軟件，且往往屬于多端口裝置。因此，轉(zhuǎn)移至EEE可能會遇到需要另外開發(fā)替換內(nèi)嵌MAC的裝置的困難。

利用AutoGrEEEn技術(shù)，無需更換MAC芯片上的MAC/PHY接口，能夠立即實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的非EEE兼容的MAC芯片和博通AutoGrEEEn使能的PHY對接。

本文小結(jié)

博通節(jié)能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以IEEE802.3az草案標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，所利用的方式包括：多元的控制策略；額外節(jié)能(利用EEE低功耗狀態(tài)，讓額外資源在PHY之外“休眠”)；軟件在各種應(yīng)用與空間的大幅節(jié)能方面扮演關(guān)鍵角色，從而達(dá)到最佳節(jié)能效果，而且控制策略可以進(jìn)行定制化。

Wael William Diab

技術(shù)策略技術(shù)總監(jiān)

企業(yè)網(wǎng)絡(luò)事業(yè)群

博通公司