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Comprendre les SERDES : fonctionnement des interfaces sérialiseur/désérialiseur

Understanding SERDES: How Serializer/Deserializer Interfaces Work

Les systèmes de communication haute vitesse — des commutateurs Ethernet aux transceivers optiques — reposent sur une technologie interne que la plupart des ingénieurs utilisent quotidiennement, mais qu’ils voient rarement directement :
SERDES, abréviation de Sérialiseur/Désérialiseur
. À mesure que les débits montent de 10 G à 800 G, le SERDES est devenu un bloc fonctionnel fondamental permettant une transmission fiable sur des liaisons électriques et optiques haute vitesse.
.

Cet article fournit un aperçu clair et techniquement précis de l’architecture SERDES, de son fonctionnement et de ses domaines d’application, en suivant des sources fiables telles que
Normes IEEE 802.3 et les principes modernes de conception des entrées/sorties haute vitesse.
.

Points clés

La technologie SERDES convertit des données parallèles en un flux de données sérielles haute vitesse, permettant un transfert efficace entre dispositifs.
.
L’utilisation du SERDES réduit le nombre de lignes nécessaires à la communication, simplifiant ainsi la conception de cartes et réduisant les coûts.
.
Cette technologie améliore l’intégrité du signal grâce à la transmission différentielle, minimisant le bruit et les interférences électromagnétiques.
.
Cette technologie prend en charge des applications haute vitesse dans les centres de données, les systèmes automobiles et l’informatique avancée, répondant aux exigences croissantes en matière de transmission de données haute vitesse.
.
Comprendre le SERDES vous aide à concevoir des systèmes plus fiables et plus efficaces, améliorant ainsi les performances globales dans les environnements haute vitesse.
.

Qu’est-ce que le SERDES ?

A SERDES (sérialiseur/désérialiseur) est un circuit d’interface haute vitesse qui convertit
des données parallèles en données sérielles
pour la transmission, puis les reconstruit sous forme de
données parallèles
côté récepteur.
.
Son objectif principal est de soutenir
une communication à haut débit tout en minimisant le nombre de broches, le skew et les problèmes d’intégrité du signal.
.

Plutôt que d’utiliser des bus parallèles larges — qui nécessitent des dizaines de pistes et créent des marges de skew importantes — le SERDES transmet les données sur
une ou quelques lignes différentielles haute vitesse
. Cela réduit la complexité de la carte et permet un débit nettement plus élevé.
.

Pourquoi le SERDES est-il essentiel dans la transmission de données haute vitesse ?

Les systèmes modernes doivent supporter une bande passante massive avec une faible consommation d’énergie, une faible latence et une excellente intégrité du signal. Le SERDES répond aux limitations clés des interfaces parallèles traditionnelles :

Limitations des bus parallèles

Nécessitent de nombreuses broches d’entrée/sortie
Routage complexe sur la carte de circuits imprimés (PCB)
Désynchronisation sévère de l’horloge aux fréquences multi-GHz
Plus élevé EMI and interférence croisée

Avantages des SERDES

Uses Moins de paires différentielles
Supporte multi-gigabit transmission
Permet une portée accrue sur les cartes de circuits imprimés, les backplanes et les fibres optiques
Intègre une égalisation avancée et une récupération synchronisée des données (CDR)
Réduit la puissance globale du système et son coût

C’est pourquoi les SERDES sont utilisées dans presque toutes les normes haute vitesse, y compris Ethernet, PCIe, CPRI/eCPRI, JESD204C et les modules optiques tels que SFP+ and QSFP+.

Fonctionnement d’un SERDES (aperçu architectural)

Une liaison SERDES se compose d’un émetteur (TX) and récepteur (RX) comportant plusieurs blocs fonctionnels essentiels.

1 Chemin de l’émetteur

Entrée parallèle (par exemple, 8, 16 ou 32 bits)
Sérialiseur
Codage (codage 8b/10b, 64b/66b ou modulation PAM4)
Préaccentuation / Égalisation
Haute vitesse Sortie série sur une paire différentielle

2 Chemin du récepteur

Entrée série haute vitesse
Récupération synchronisée des données (CDR)
Égalisation (filtres CTLE/DFE/FIR)
Désérialiseur
Sortie parallèle vers le circuit intégré hôte

Ensemble, ces composants permettent une transmission à des débits de 10 G, 25 G, 50 G, 112 G PAM4, et plus encore.

SERDES à l’intérieur des transceivers optiques QSFP+

Les transceivers QSFP+ à 40 G, tels que LINK-PP LQ-SW40-SR4C reposent fortement sur la technologie SERDES en interne.
Selon la IEEE 802.3ba norme, un module QSFP+ utilise :

4 voies électriques SERDES à 10,3125 Gbps
Définies par la XLPPI (interface physique parallèle étendue à quatre voies pour 40 G)
Mappées sur 4 voies optiques pour 40GBASE-SR4

Rôles des SERDES à l’intérieur du module

Convertit les voies électriques SERDES hôtes en modulation optique
Gère la CDR pour chaque voie
Garantit la stabilité de la liaison face aux variations de température et de tension
Fonctionne avec des optiques parallèles pour les liaisons fibre à courte portée

Pour cette raison, les performances des SERDES définissent l’intégrité du signal, la tolérance au jitter et la qualité globale de la liaison du module.

Applications courantes des SERDES

Type d'Application	Normes basées sur les SERDES
Ethernet centre de données	Ethernet 10G/25G/40G/100G/400G
Modules optiques	SFP+, QSFP+, QSFP28, QSFP-DD
Backplane et communication puce-à-puce	PCI Express, SAS/SATA
Télécommunications / Sans fil	CPRI, eCPRI, unités radio
Convertisseurs analogique-numérique/numérique-analogique haute vitesse	JESD204B / JESD204C

Tout système transférant des données à des vitesses multi-gigabit repose sur un SERDES quelque part dans son chemin de signal.

Résumé

SERDES est l’une des technologies les plus critiques dans les réseaux modernes. En permettant une transmission série haute vitesse efficace, elle constitue l’élément fondamental des modules optiques Ethernet, des architectures de commutation dans les centres de données, des liaisons puce-à-puce et des systèmes de communication de nouvelle génération.

Des produits tels que le module QSFP+ LQ-SW40-SR4C de LINK-PP reposent sur une conception avancée de SERDES pour offrir des performances stables à 40 G avec une excellente interopérabilité et une fiabilité à long terme.

FAQ

♦ Que signifie SERDES ?

SERDES signifie « Serializer/Deserializer » (sérialiseur/désérialiseur). Il sert à convertir des données parallèles en données sérielles pour la transmission, puis à les reconvertir en données parallèles au niveau du récepteur.

♦ Quel est l’avantage principal de l’utilisation de SERDES ?

Vous réduisez le nombre de fils et de broches nécessaires pour le transfert de données haute vitesse. Cela simplifie vos cartes de circuits imprimés et améliore la qualité des signaux.

♦ Quels types de codage les interfaces SERDES utilisent-elles ?

On retrouve fréquemment des schémas de codage tels que 8b/10b, 64b/66b et PAM4. Ces derniers contribuent à préserver l’intégrité des données et à assurer la récupération d’horloge.

♦ Quelles applications utilisent la technologie SERDES ?

Vous trouvez des SERDES dans les centres de données, des modules optiques, les liaisons puce-à-puce et les interfaces haute vitesse telles qu’Ethernet et PCI Express.

♦ Qu’est-ce que la transmission différentielle dans les SERDES ?

La transmission différentielle utilise deux fils pour chaque signal. Vous bénéficiez d’une meilleure immunité au bruit et d’une interférence électromagnétique réduite, ce qui contribue à assurer la fiabilité de vos données.