Al mirar SATA, PCIe, USB, SD UHS-II me di cuenta de que todos son lo mismo: flujo de bits digital en serie, transmitido usando pares diferenciales (normalmente 8b/10b codificados), con algunas diferencias en las capas de enlace/protocolo.
¿Por qué? ¿Por qué se ha convertido en la norma?
¿Por qué no se han generalizado los protocolos de comunicación de sistemas que emplean en gran medida algunos métodos avanzados de modulación para obtener una mejor tasa de símbolos? ¿Me estoy perdiendo algo? No se trata de una cuestión de "serie frente a paralelo", sino de "señalización digital frente a analógica modulada"
Respuestas
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user44635
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Hay dos razones principales que explican el auge de las series
1) Es posible. Los transistores de bajo coste son capaces de conmutar a GHz desde hace una década, el tiempo suficiente para que esta capacidad se utilice y se convierta en un estándar.
2) Es necesario. Si quieres desplazar datos a muy alta velocidad más de unos pocos centímetros. Esta distancia empieza a descartar las conexiones de mobo a tarjeta PCI, y definitivamente descarta las conexiones de mobo a disco duro, o de mobo/settopbox a pantalla.
La razón de esto es la inclinación. Si se transmiten varias señales paralelas a lo largo de un cable, tienen que llegar dentro de una pequeña fracción del mismo periodo de reloj. Esto mantiene la velocidad de reloj baja, por lo que el ancho del cable tiene que aumentar. A medida que la velocidad de transmisión de datos aumenta, esto es cada vez más difícil. La perspectiva de aumentar la velocidad en el futuro es inexistente, ¿alguien quiere un ATA de doble o cuádruple anchura?
La forma de matar al demonio de la inclinación es ir en serie. Una línea siempre está sincronizada consigo misma, no hay nada con lo que pueda estar sesgada. La línea lleva datos que se sincronizan solos. Es decir, utiliza un esquema de codificación de datos (a menudo 8b/10b, a veces mucho más) que proporciona una densidad de transición mínima garantizada que permite la extracción del reloj.
Las perspectivas de aumentar la velocidad de datos o la distancia en el futuro son excelentes. Cada generación aporta transistores más rápidos y más experiencia en la elaboración del medio. Ya vimos cómo funcionaba esto con SATA, que empezó con 1,5 Gb/s, luego pasó a 3 y ahora es de 6 Gb/s. Incluso los cables baratos pueden ofrecer una impedancia suficientemente consistente y una pérdida razonable, y los ecualizadores están incorporados en el silicio de la interfaz para manejar la pérdida dependiente de la frecuencia. La fibra óptica está disponible para tramos muy largos.
Para velocidades de datos más altas, pueden funcionar varios enlaces en serie en paralelo. Esto no es lo mismo que poner conductores en paralelo, que tienen que estar emparejados en el tiempo a menos de un ciclo de reloj. Estos carriles en serie sólo tienen que coincidir dentro de una trama de datos de alto nivel, que puede tener una duración de µs o incluso de ms.
Por supuesto, la ventaja de la anchura de datos no sólo se aplica a los cables y conectores. La serie también beneficia al área de la placa de circuito impreso entre los conectores y el chip, al diseño de los pines del chip y al área de silicio del chip.
Tengo un punto de vista personal sobre esto. Como diseñador que trabajaba en la radio definida por software (SDR) a partir de los años 90, solía reñir con gente como Analog Devices y Xilinx (y todas las demás empresas de ADC y FPGA) (nos visitaban y preguntaban de vez en cuando) por hacerme ejecutar tantas conexiones diferenciales paralelas entre ADCs de varios 100MHz y FPGAs, cuando apenas empezábamos a ver la aparición de SATA para desplazar a ATA. Finalmente conseguimos JESD204x, así que ahora podemos conectar convertidores y FPGAs con sólo unas pocas líneas en serie.
Por qué no hay protocolos de comunicación de sistemas generalizados que empleen en gran medida algunos métodos avanzados de modulación para una mejor de símbolos?
Si la conexión básica de cobre entre dos puntos admite una velocidad de bits digital superior a la velocidad de datos que necesita transmitir la "aplicación", ¿para qué molestarse con otra cosa que no sea la señalización diferencial estándar de alta velocidad?
El empleo de un esquema de modulación avanzado suele hacerse cuando el "canal" tiene un ancho de banda mucho más limitado que el del cobre o la fibra.
kossmoboleat
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121
Si quiere un ejemplo de algo que se utiliza ampliamente, pero que es diferente, fíjese en 1000BASE-T gigabit Ethernet. Eso utiliza cables paralelos y una codificación de la señal no trivial.
La mayoría de la gente utiliza los buses de serie porque son sencillos. Los buses paralelos utilizan más cable y sufren de desviación de la señal a altas velocidades de datos en cables largos.
karyonix
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41
Para añadir a las otras buenas respuestas:
Los problemas señalados en otras respuestas (sobre todo, la desviación entre señales paralelas y los costes de los hilos adicionales en el cable) aumentan a medida que aumentan las distancias de las señales. Por lo tanto, hay una distancia en la que la serie es superior al paralelo, y esa distancia ha ido disminuyendo a medida que aumentaban las velocidades de datos.
La transferencia de datos en paralelo sigue produciéndose: dentro de los chips, y también la mayoría de las señales dentro de las placas de circuito. Sin embargo, las distancias que necesitan los periféricos externos -e incluso las unidades internas- son ahora demasiado lejanas y rápidas para que las interfaces paralelas sigan siendo prácticas. Por tanto, las señales a las que se expone el usuario final son, en gran medida, seriales.
Mark0978
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495
Las técnicas de modulación avanzadas requerirían transmitir y recibir señales analógicas. Los ADC y DAC que funcionan a cientos de MHz suelen ser caros y consumen bastante energía. El procesamiento de señales necesario para la descodificación también es costoso en términos de silicio y energía.
Simplemente es más barato hacer un medio de comunicación mejor que pueda soportar señales binarias.
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