1Gbps क्यों लागू नहीं किया जाता है, जब मुझे 20Mbps की आवश्यकता होती है?


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पृष्ठभूमि

मैं एक बड़ी परियोजना पर एक क्लाइंट के साथ काम कर रहा हूं, जिसे परियोजना के भीतर डेटा ट्रांसफर आवश्यकताओं को हल करने के लिए कस्टम नेटवर्किंग चिप की आवश्यकता है। नेटवर्क का इरादा एक पीसीबी से दूसरे में सिंगल ट्विस्टेड पेयर केबल से कुछ इंच छोटे पैकेट भेजने का है। हम नेटवर्क प्रोटोकॉल को डिजाइन और निर्दिष्ट करेंगे, और सिलिकॉन कार्यान्वयन के लिए एक और कंपनी जिम्मेदार होगी।

मेरा अनुमान है कि नोड्स के बीच 20 एमबीपीएस डेटा दर को आसानी से भेजे जाने वाले डेटा की मात्रा के साथ सामना करना होगा, बहुत सारे हेड रूम के साथ भविष्य में डेटा की मात्रा में वृद्धि होनी चाहिए।

संकट

क्लाइंट मुझसे पूछ रहा है कि मैं केवल 20Mbps क्यों निर्दिष्ट कर रहा हूं। क्यों 1Gbps की तरह कुछ नहीं? क्या यह बेहतर नहीं होगा? सहज रूप से, मुझे लगता है कि डेटा दर को बड़े पैमाने पर क्रैंक करने से आगे क्या जरूरत होगी यह एक बुरा विचार है। प्रारंभ में, मैंने सोचा था कि केबल बिछाने को परिरक्षित करना होगा (जो मुझे नहीं चाहिए), लेकिन ईथरनेट केबल श्रेणियों को देखते हुए, मैं देखता हूं कि गीगाबिट ईथरनेट कैट 6 केबल पर चल सकता है, जिसे परिरक्षित करने की आवश्यकता नहीं है।

अन्य अड़चनें

  • यह परियोजना काफी हद तक बाधित है, और क्या हमारे पास मैग्नेटिक्स जैसी चीजों के लिए जगह नहीं है, जब तक कि यह बहुत छोटा घटक (0603 अधिकतम) न हो।
  • केबल को जितना संभव हो उतना पतला और लचीला होना चाहिए।
  • डिवाइस प्लग-इन पावर से चलेगा, इसलिए कोई विशेष कम-बिजली की आवश्यकता नहीं है।

सवाल

सिलिकॉन डिजाइन, केबलिंग और कुछ और के मामले में क्या समस्याएं हैं, जिनका सामना 1 जीबीपीएस से हो सकता है, जो कि 20 एमबीपीएस के लगभग खराब नहीं होगा? क्या मुझे अपने ग्राहक के 1Gbps पर नेटवर्क को लागू करने के सुझाव के साथ जाना चाहिए, या क्या मुझे केवल उसी चीज को लागू करने पर जोर देना चाहिए जो आवश्यक है?

हम सख्त एनडीए के तहत हैं, इसलिए मैं अपनी आवश्यकताओं के बारे में बहुत अधिक विवरण नहीं दे सकता। यदि स्पष्टीकरण की आवश्यकता है तो कृपया एक टिप्पणी छोड़ दें।


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यदि आवेदन को 20 एमबीपीएस थ्रूपुट की आवश्यकता है, तो संभावना है कि सभी ओवरहेड और इस तरह के विचार से 100 एमबीपीएस पुराने मानक पर्याप्त होंगे। तो सवाल कार्यान्वयन की लागत, भविष्य के भागों की उपलब्धता के लिए नीचे होगा। क्या आपने इसी लागत की जांच की? इसके अलावा, "सिलिकॉन डिजाइन के संदर्भ में" का क्या मतलब है? क्या आप अपना खुद का सिलिकॉन डिजाइन करने की योजना बना रहे हैं?
अले..चेन्स्की

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1 जीबीपीएस एक ओवरकिल हो सकता है ... 100 एमबीपीएस गति में एक और उपयुक्त अगला कदम हो सकता है .... अगर ग्राहक भविष्य में डिवाइस के भविष्य के प्रमाण के साथ संबंध रखता है, तो शायद डेटा संपीड़न के उपयोग का पता लगा सकता है ...... शायद प्रदर्शित करने के लिए ग्राहक 20Mbps के साथ कितना डेटा थ्रूपुट हासिल करता है ... उन्हें एक HD youtube वीडियो दिखाएं और समझाएं कि बैंडविड्थ केवल
8Mbps

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आप पॉइंट-टू-पॉइंट कनेक्शन के लिए "नेटवर्किंग" प्रोटोकॉल क्यों चाहते हैं?
फोटॉन

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खरोंच से "एक नेटवर्क प्रोटोकॉल" डिजाइन करना एक विशेष रूप से बुद्धिमान विचार की तरह नहीं दिखता है। यह डिजाइन के लिए काफी महंगा हो सकता है, भौतिक परत का कार्यान्वयन, भौतिक परत का सत्यापन, फिर प्रोटोकॉल परत, सभी संबंधित सॉफ्टवेयर और सत्यापन इत्यादि, आदि, क्या आपने HSIC के बारे में सुना है, 1.2VLVCMOS से अधिक USB?
अले..चेन्स्की

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कृपया, उपयोगकर्ता के लिए डेमो करने के लिए मैग्नेटिक्स के बिना 100 एम ईथरनेट आईसीएस के साथ एक डेमो फेंकें, और अपने आप को, शेल्फ भागों से मानक के साथ क्या किया जा सकता है। कस्टम सिलिकॉन, कस्टम प्रोटोकॉल मत करो, यह समझने के बिना कि मानक लोग क्यों नहीं करेंगे।
नील_ युके

जवाबों:


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कुछ कारण:

शक्ति

तेज़ गति का अर्थ है अधिक शक्ति। न केवल आपको तेज एनालॉग सर्किट की आवश्यकता होती है, जो उपभोक्ता को अधिक शक्ति देगा, उनके आसपास के सभी इलेक्ट्रॉनिक्स को तेज होने की आवश्यकता है। आपके डिजिटल सिस्टम, आपकी कुंडी, घड़ी प्रबंधन आदि, यदि आपको मल्टीलेवल सिग्नलिंग का उपयोग करके 1 Gbps मिलता है, तो आपको बेहतर ADCs और DAC की आवश्यकता है। आपको अधिक जटिल फ़िल्टरिंग से निपटने की आवश्यकता हो सकती है। आप एफईसी की आवश्यकता शुरू कर सकते हैं जिसे भी बनाए रखने की आवश्यकता है।

चिप का आकार

तेज़ का मतलब होता है अधिक चलना। आपको बेहतर घड़ी स्थिरता की आवश्यकता है, जिसका अर्थ है बड़े सर्किट। आपको बेहतर समय की आवश्यकता है, जिसका अर्थ है एक अधिक जटिल घड़ी वसूली प्रणाली। आपको चैनल समीकरण करने के लिए DSP का उपयोग करने के लिए स्विच करना पड़ सकता है। आपके संभावित रूप से आवश्यक FEC को चिपस्पेस की आवश्यकता है।

पर्यावरण की संवेदनशीलता

यदि आप कुछ दसवें मेगाबॉडी से स्विच करते हैं जो गीगाबिट के लिए आवश्यक है, तो आप पर्यावरण के लिए अधिक संवेदनशील हो जाएंगे। छोटे बेमेल जो कुछ दसियों मेगाहर्ट्ज पर ध्यान देने योग्य हो सकते हैं वे उच्च आवृत्तियों पर प्रतिध्वनित हो जाते हैं। प्रतिबिंब रुक-रुक कर प्रदर्शन शुरू कर सकते हैं। वर्षों से दुर्व्यवहार की वजह से एक निकाली गई केबल (मुझे आपके उत्पाद के लिए आवेदन का माहौल नहीं पता) कम गति के लिए ठीक हो सकता है, लेकिन जब आप उच्च जाते हैं तो खराब प्रदर्शन का कारण बन सकते हैं।

डिजाइन का प्रयास

मुझे लगता है कि यह उन सभी अतिरिक्त मुद्दों से स्पष्ट है जिनकी मैंने ऊपर चर्चा की थी कि एक तेज संचार लिंक को डिजाइन करने का समय और प्रयास महत्वपूर्ण है। यह अकेले एक कारण के लिए पर्याप्त होना चाहिए।

ईएमआई

तेजी से गति का मतलब है कि ईएमआई आवश्यकताओं को पूरा करना कठिन हो सकता है।


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@Rocketmagnet: इसके अलावा यह बताने के लायक है कि Cat5e पर वास्तविक 802.3 1000Base-T गिग-ई , दोनों दिशाओं में एक साथ 4 जोड़े तारों पर सिग्नल भेजता है , साथ ही साथ एक मल्टी-लेवल एन्कोडिंग का उपयोग करते हुए, आवृत्तियों को समान 125MHz तक नीचे रखने के लिए 100Base-T के रूप में । तो प्रत्येक रिसीवर को अपने स्वयं के ट्रांसमीटर को भेजना होगा, दूसरे छोर से भेजे गए सिग्नल को प्राप्त करने के लिए।
पीटर कॉर्ड्स

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@PeterCordes - यह बहुत दिलचस्प है, मैं उस पर गौर करूंगा। लेकिन यह बुनियादी LVDS की तुलना में काफी अधिक जटिलता की तरह लगता है।
रॉकेटमैग्नेट

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@Rocketmagnet: हाँ, गिग इसके लिए एक बहुत ही खराब पसंद की तरह लगता है। एक कारण है कि गीगई ट्रांससीवर्स 100 एम से अधिक बिजली का उपयोग करते हैं।
पीटर कॉर्ड्स

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उदाहरण के लिए, टीटीएल (एकल-समाप्त, बिना सूचना के) सिग्नल आसानी से 20 एमबीपीएस या उससे अधिक को संभाल सकते हैं - एसपीआई देखें। यदि आप केवल कुछ इंच जा रहे हैं, तो रिबन केबल और आईडीसी कनेक्टर (या किसी प्रकार का बैकप्लेन) आपको बोर्ड से बोर्ड पर मिल जाएगा।

1 Gbps आपको प्रतिबाधा नियंत्रित निशान, कनेक्टर्स और केबल से निपटने के दायरे में रखता है। रिसीवर को सिंक्रोनाइज़ेशन और अलग घड़ी / डेटा को बनाए रखने के लिए PLL / DLL तकनीकों का उपयोग करना होगा, जबकि धीमी गति पर, सामान्य सिंक्रोनस लॉजिक पर्याप्त होगा। 50 × ओवरकिल और अतिरिक्त सिरदर्द बस इसके लायक नहीं हैं, अगर आपको यकीन है कि 20 एमबीपीएस भविष्य के लिए पर्याप्त होगा।


मैंने एक बार (25 या इतने साल पहले) एक दूरसंचार रैक में बोर्ड के बीच बोर्ड नियंत्रण और स्थिति के लिए एक कस्टम सीरियल बस प्रोटोकॉल डिजाइन किया था। I 2 C और SPI के बीच एक क्रॉस की तरह - SPI जैसे यूनिडायरेक्शनल सिग्नल, लेकिन I 2 C जैसे एम्बेडेड डिवाइस पते ।


यह मानते हुए कि हम पहले से ही प्रतिबाधा नियंत्रित निशान, केबल और कनेक्टर्स का उपयोग करने का इरादा रखते हैं, क्या कोई अन्य समस्याएं हैं?
रॉकेटमैग्नेट

1
रिसीवर को सिंक्रोनाइज़ेशन और अलग घड़ी / डेटा को बनाए रखने के लिए PLL / DLL तकनीकों का उपयोग करना होगा। धीमी गति से, सामान्य तुल्यकालिक तर्क पर्याप्त होगा।
डेव ट्वीड

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यह आपके कार्यान्वयन तकनीक के बारे में विवरण पर निर्भर करता है कि आप शायद खुलासा करने के लिए स्वतंत्रता में नहीं हैं। यदि आप FPGAs का उपयोग कर रहे हैं (जैसा कि आपके टैग के उपयोग से निहित है), ध्यान दें कि सभी प्रमुख विक्रेताओं के पास विभिन्न गति पर चिप-टू-चिप संचार के लिए डिब्बाबंद समाधान हैं। आपको अपनी शारीरिक परत के लिए इसका उपयोग करने की सलाह दी जाएगी, और इसके ऊपर अपने कस्टम प्रोटोकॉल को लागू करें।
डेव ट्वीड

1
एक pll ब्लॉक को डिज़ाइन करना तुच्छ नहीं है और IP खरीदना आसानी से आपको 50-100k $
माइक

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@ प्राचीन आपको लगता है कि सिलिकॉन पर अपनी खुद की PLL डिजाइन करना तुच्छ है?
user253751

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स्पष्ट सवाल है, "क्या 1 जीबीपीएस का मतलब 1000BASET ईथरनेट है?" यदि ग्राहक यही सोच रहा है, तो आपकी आवश्यकता यह है कि, "हमारे पास चुम्बक जैसी चीजों के लिए जगह नहीं है" नियम जो अभी बाहर हैं। ईथरनेट भौतिक परत पर मैग्नेटिक्स का उपयोग करता है, और जब मैंने कुछ साल पहले एक इंटरफ़ेस डिज़ाइन किया था तो मैग्नेटिक्स लगभग 1 इंच क्यूब का हिस्सा थे।

आप कहते हैं कि आप FPGAs का उपयोग कर रहे हैं, लेकिन आप यह नहीं कहते कि किसका। यदि आप Xilinx के साथ जा रहे हैं, तो आपको पता होना चाहिए कि वर्तमान मॉडल मूल रूप से LVDS का समर्थन करते हैं, जो आपके उद्देश्य के लिए आदर्श प्रतीत होगा। अर्ली एलवीडीएस सिस्टम (हाय-डिफ टेलीविज़न) 122 एमबीपीएस पर चला, और यदि आप वास्तव में चाहते हैं, तो प्रौद्योगिकी एक जीबीपीएस से अधिक चल सकती है। विभेदक होने के नाते, और मान लें कि आपके दो बोर्ड बेतहाशा फ्लोटिंग आधार का उपयोग नहीं कर रहे हैं, शोर प्रतिरक्षा उत्कृष्ट है।

क्लॉक फ़्रीक्वेंसी की आपकी विशिष्ट पसंद के अनुसार, आपको लगता है कि ज़रूरत से ज़्यादा हेडरूम जोड़ना उन फैसलों में से एक है जो भविष्य में आपके बेकन को बचा सकते हैं, इसलिए मैं 100 मेगाहर्ट्ज जैसी किसी चीज़ को चुनने से इंकार नहीं करूंगा, लेकिन यह आपके ऊपर है। आप अपने ग्राहक को रॉबर्ट्स लॉ के साथ परिचित कर सकते हैं (जिम रॉबर्टे कुछ दशक पहले एमआईटी में एक प्रसिद्ध इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग प्रोफेसर थे): "जो लोग उनसे अधिक बैंडविड्थ की मांग करते हैं, उन्हें इस लायक है कि उन्हें क्या चाहिए।" दी, वह सर्वो प्रणालियों के बारे में बात कर रहा था, लेकिन सिद्धांत अनुशासनात्मक रूप से व्यापक रूप से विस्तृत है।


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यदि आप एक गैर-मानक कनेक्शन बना रहे हैं तो ईथरनेट को मैग्नेटिक्स की आवश्यकता नहीं है। यह काफी विश्वसनीय है अगर अलगाव के बिना लागू किया जाता है।
जैक क्रीज

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@JackCryy लेकिन क्या फिर भी इसे ईथरनेट कहा जा सकता है ?
Mels

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यह निश्चित रूप से IEEE 802.3 अनुरूप नहीं है। यह एक आज्ञाकारी अंत बिंदु से कनेक्ट नहीं होगा, लेकिन मैंने कहा था कि यह मैग्नेटिक्स के बिना गैर-अनुपालन होगा। मुझे संदेह है कि यह बैकप्लेन कनेक्शन पर संकेतों के लिए परीक्षण सूट को पारित करेगा, लेकिन इसे घबराना सहित अन्य सब कुछ पास करना चाहिए। मैं अभी भी इसे ईथरनेट कहूंगा, लेकिन आप नहीं कर सकते।
जैक क्रीज

2
FYI करें: "उन लोगों के लिए एकमात्र Google परिणाम जो उनसे अधिक बैंडविड्थ की मांग करते हैं, जिनके लिए उन्हें जरूरत होती है।" क्या यह जवाब है
user253751

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आपके द्वारा वर्णित एप्लिकेशन का कस्टम सिलिकॉन समाधान में कूदने का कोई मतलब नहीं है। आपके द्वारा अनुमानित डेटा दरों को आसानी से मामूली कीमत वाले FPGA तकनीक द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है और FPGA को विशेष प्रोटोकॉल को लागू करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है यदि आपका वास्तव में मानना ​​है कि ऐसे प्रोटोकॉल की आवश्यकता है।

बहुत अधिक बार आपको एक मानक भौतिक परत पर विचार करना चाहिए और फिर उसके ऊपर अनुकूलित प्रोटोकॉल का निर्माण करना चाहिए। 20Mbps के नेट कॉम चैनल बैंडविड्थ के लिए आपको कुछ राशि के प्रोटोकॉल ओवरहेड की योजना बनानी चाहिए क्योंकि फ्रेमिंग, एरर चेक कोडिंग और सिंक्रोनाइज़ेशन आपके कुछ बैंडविड्थ को खा जाते हैं। तो शायद इस ओवरहेड को समायोजित करने के लिए एक उच्च कच्चे बैंडविड्थ पर विचार करें।

एक बार जब आप अपना डिज़ाइन सिद्ध कर लेते हैं, तो आप FPGA विक्रेता के पास जा सकते हैं और उन्हें FPGA प्रोग्रामिंग से एक हार्ड चिप डिज़ाइन तैयार कर सकते हैं। यह दृष्टिकोण सभी शुरुआती विकास जोखिमों को कम करता है और कुल मिलाकर एनआरई को "कस्टम सिलिकॉन में गोता लगाने में एक जबरदस्त राशि खर्च होती है क्योंकि यह अच्छा लगता है"।


ठीक वही मार्ग जिसे हम लेने का इरादा रखते हैं।
रॉकेटमैग्नेट

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वास्तविक सवाल यह है कि जब सबकुछ पहले से मौजूद है तो प्रोटोकॉल क्यों बनाया जाए।

Ethenet समाधान के लिए आप 10/100 लेते हैं और 1GbE नहीं क्योंकि यह अभी भी थोड़ा सस्ता है और लेआउट के लिए बहुत आसान है। वैसे, ईथरनेट मैग्नेटिक्स के बिना काम कर सकता है। लेकिन इसके लिए मैक की आवश्यकता होती है, जो अतिरिक्त आईसी हो सकता है। या क्या आपके पास एक माइक्रोकंट्रोलर में एक है?

20Mbps एक ऐसी चीज है जो 485 रुपये या ऐसी लेयर पर फिट होती है, जो और भी सस्ती और सरल है। मुड़ जोड़े सभी प्रकार के केबलों के साथ आते हैं, कम या ज्यादा लचीले, कनेक्टर्स के साथ या सिर्फ आपके पीसीबी में मिलाप के साथ।

आह, सबसे महत्वपूर्ण बात। 1 जीबी के साथ स्क्रू करना आसान है। लेकिन अगर उन्हें आगे की वृद्धि के लिए कमरे की आवश्यकता होती है, तो यह कम सीमा है।

नीचे पंक्ति: आपको अपनी सिस्टम आवश्यकताओं को समझने की आवश्यकता है।


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मैं सुझाव देता हूं कि सफलता की सबसे अच्छी संभावना और कम से कम सॉफ्टवेयर ओवरहेड के साथ सबसे सरल मार्ग 100Mbps ईथरनेट कनेक्शन को लागू करना होगा। दूरियों के छोटे होने पर आप इसे बिना किसी मैग्नेटिक्स के लागू कर सकते हैं।

यहां इंटेल 8255 पीसीआई-ईथरनेट नियंत्रक पर जानकारी के साथ एक शुरुआत है , और मैग्नेटिक्स के बिना कनेक्शन पर एक एप्लिकेशन नोट
मैं आपको सुझाव दे रहा हूं कि आप 8255 का उपयोग करें, लेकिन आप किसी भी FPGAs के लिए IP (10/100 / 1000Mbps) प्राप्त कर सकते हैं, जिसका आप बहुत आसानी से उपयोग कर सकते हैं, और यह अच्छी तरह से डिबग है।

मान लें कि आपके पास मिश्रण में एक प्रोसेसर है, तो मानक ईथरनेट नियंत्रक का समर्थन करना बिंदु बिंदु से बिंदु नेटवर्किंग को लागू करने का एक बहुत कम सॉफ़्टवेयर प्रयास है।
हमने इंटेल पर विशेष मदरबोर्ड पर पॉइंट टू पॉइंट कनेक्शन के इस प्रकार के एक गुच्छा का उपयोग किया, वे डीबग करना आसान था, और बहुत विश्वसनीय था।


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हालांकि ईथरनेट प्रोटोकॉल कर सकता है, 100 बेस ईथरनेट की न्यूनतम दूरी की आवश्यकता 1 मीटर है (यह कुछ साल पहले मुझे बैकप्लेन कार्यान्वयन पर ईथरनेट का उपयोग करके)। ओपी ने उल्लेख किया कि दूरी कुछ इंच थी जो भौतिक परत पर ईथरनेट को बाहर निकालती है।
पीटर स्मिथ

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@PeterSmith, मैग्नेटिक्स के बिना ईथरनेट पर न्यूनतम दूरी लागू नहीं होती है। यह केवल कुछ इंच तक काम करेगा।
जैक क्रीज

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यहाँ उत्तर तकनीकी हैं, मैं इंजीनियरिंग आवश्यकताओं को एक परिप्रेक्ष्य देता हूं:

इस पर मेरा विचार सरल है

  • आपको इसे काम करने के लिए कम से कम 20Mbps की आवश्यकता है, इसलिए आवेदन के लिए 20 लेकिन "20 या अधिक" निर्दिष्ट न करें।

  • किसी भी तेजी से हार्डवेयर भी आपकी आवश्यकता को पूरा करता है

  • यदि मौजूदा मानकों के कारण तेजी से HW सस्ता / आसान विकसित होता है, तो आपकी आवश्यकता इन लोगों द्वारा भी पूरी की जा सकती है।

  • यदि ग्राहक अधिक चाहता है, तो यह पता लगाने की कोशिश करें कि क्या इसके पीछे कुछ है (यह हो सकता है कि वे पहले से ही उन्नयन की योजना बनाते हैं और स्वैप करते समय बोर्डों के बीच संगत रहना चाहते हैं)


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पावर, सिग्नल अखंडता, और समय। मैंने 25 जीबीपीएस इंटरफेस वाली चिप पर काम किया और इसका मतलब था कि घड़ी की दर 1.6 गीगाहर्ट्ज और एक टन बिजली है। अगर हम 19.2 पर चल सकते हैं तो घड़ी की दर 1.2 गीगाहर्ट्ज़ होगी। घड़ी की अवधि के अतिरिक्त मार्जिन के 200ps से अधिक, यह एक बड़ी मदद होती।

मैंने कभी बोर्ड डिज़ाइन नहीं किया है, लेकिन मुझे उम्मीद है कि 20 एमबीपीएस कोई समस्या नहीं है। 1 Gbps अभी भी मुश्किल नहीं है, लेकिन 20 एमबीपीएस की तुलना में बहुत कठिन है।

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