为什么串行接口(以SERDES为代表)变得如此流行

为什么串行接口(以SERDES为代表)变得如此流行

尽管SERDES（SERializer/DESerializer）拥有十分复杂的设计和验证过程，但已成为SoC中不可或缺的组成部分。成熟稳定的SERDESIP，降低了设计成本和风险，加快了产品SoC产品上市的速度。

从上世纪九十年代末开始，SERDES二十年的革命之路。本文将通过一些底层技术的简单介绍，尝试解释下为什么串行接口（以SERDES为代表）变得如此流行。

起源和演化

SERDES在光纤和同轴链路通信场景下广为使用，其原因显而易见，使用串行传输而非并行传输可以节约电缆数量！对于仅有的几条线缆，最大限度的提高其吞吐量显得尤为重要，这种情况下SERDES的面积和功耗则成了次要考虑的因素。

各种串行数据标准的推出和SERDES研究的状态如图1所示。他们包括：

光纤传输：OC-192，OC-768，SONET

PC内部接口：PCIe1-5代

存储：光纤通道（FibreChannel），SATA，SAS

网络：SGMII，1-Gb以太网，10-Gb以太网，25/100-Gb以太网

注：SATA：一种串行数据传输总线，SATA是SerialATA的缩写，即串行ATA。它是一种电脑总线，主要功能是用作主板和大量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输。

SGMII：是一个普通高速串行信号，SGMII--SerialGigabitMediaIndependentInterface，用于MAC和PHY之间的传输。SGMII接口就是使用了SerDes技术的GMII接口。

自此以后，各类接口的速率开始毫无意外地以指数级增长，其中以光纤传输速率尤为明显。上面还都仅是使用NRZ（PAM2）标准的接口，PAM4标准则以50Gb/s的传输速度起步并脱颖而出。

工艺类型：CMOS和非CMOS（bipolar、biCMOS、HBT等）

工艺节点：65nm，40nm，7nm等。

信号传输标准：PAM2、PAM4

组织出版：工业、学术

线速-出版文献年份分布情况（根据工艺类型划分）

这个图表明bipolar，biCMOS和HBT技术在2005年之前就已被大量研究，但是2005年以后就很少了。这些2005年前的论文描述了驱动光纤网络应用的技术，其中线速是最重要的，而功耗、外形、集成则是次要的考虑因素。

对于具有更大容量的SERDES应用案例，如PC、存储、视频显示和网络，线速不再是人们考虑的唯一因素，成本、功耗、形状以及和大规模数字处理器的集成都变成了必须要考虑的重要因素。

按照学术界和工业界以及PAM2和PAM4划分的ISSCC数据情况。值得注意的一点是，PAM4和PAM2的论文大致以28Gb/s线速上下来划分。这与串行数据标准的未来预期大致吻合。

将串行链路发布和串行数据率标准的搜索结果结合在一起，可以得到图5中的信息，ISSCC的先进CMOS电路设计出版物在从网络到显示器的高容量串行数据标准方面领先了好几年。PAM2CMOS的研究已经让PCIe1到PCIe5（32Gb/s）、28Gb/s以太网线路速率等成果成为现实。

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