Hi ha alguns termes o dispositius que encara són desconeguts per a molts usuaris. Aquest cop et portem una profunda descripció sobre SerDes. D'aquesta manera, podràs saber què és, per a què serveix i com pot afectar les comunicacions de dades.
Transferències sèrie
Abans de passar a descriure què és SerDes, hem de conèixer bé quins són els tipus de transmissions existents. D'una banda tenim la transferència de dades en sèrie, que és un mètode de comunicació on els bits d'informació es transmeten de manera seqüencial, un després de l'altre, a través d'un sol conductor o línia de comunicació.
És a dir, els bits es transmeten en una seqüència cronològica, un darrere l'altre, sovint utilitzant un protocol de comunicació específic. Això s'aconsegueix mitjançant la modulació del senyal elèctric, òptic o electromagnètic per representar els valors binaris (0 i 1). Alguns exemples de tecnologies de transferència de dades en sèrie inclouen:
- RS-232: un estàndard de comunicació sèrie comú utilitzat per a la transmissió de dades entre dispositius electrònics, com a ordinadors antics i perifèrics.
- USB (Bus sèrie universal): un dels ports més populars de l'actualitat, i un dels que permeten transferències més ràpides.
- Ethernet: transmeten dades en sèrie utilitzant una tècnica anomenada modulació per amplitud de polsos (PAM) per aconseguir velocitats de comunicació més altes.
- HDMI (interfície multimèdia d'alta definició): utilitzat per a la transmissió dàudio i vídeo dalta definició, també utilitza una comunicació en sèrie per transmetre dades digitals.
- SATA (Serial Advanced Technology Attachment): utilitzat per a la connexió de dispositius d'emmagatzematge, com ara discs durs i unitats d'estat sòlid. A més, també hi ha altres variants, com l'eSata o external SATA…
Com veus, les comunicacions sèrie són força populars en l'actualitat.
Avantatges i desavantatges
Un bus sèrie és un tipus de connexió on les dades es transmeten seqüencialment a través d'un únic conductor o línia de comunicació, com he comentat anteriorment. Però això implica una sèrie de avantatges, Com:
- Eficiència en lús de cables: utilitza menys cables o línies conductores en comparació amb un bus en paral·lel, cosa que facilita la instal·lació i redueix el cost del cablejat. També és positiu per a dispositius on la mida és important.
- Menys consum d'energia: degut a la transmissió seqüencial de dades, un bus sèrie tendeix a consumir menys energia en comparació amb un bus en paral·lel, on múltiples línies han d'estar actives simultàniament.
- Major distància de transmissió: els busos sèrie solen ser més adients per a la transmissió de dades a llargues distàncies, ja que els senyals en sèrie poden viatjar a través de cables més llargs sense degradació significativa del senyal. Això és especialment important al cablejat de xarxa o de senyal de vídeo, quan cal portar-lo a una llarga distància sense perdre qualitat.
- Menor interferència electromagnètica: pel fet que s'utilitza una sola línia de comunicació en sèrie, hi ha menys oportunitats per a la interferència electromagnètica en comparació amb els busos en paral·lel, on les línies estan més a prop unes de les altres.
No obstant això, no tot són avantatges, també té alguns desavantatges:
- Velocitat: malgrat que s'han construït busos sèrie per a transferències a molt alta velocitat, la veritat és que en igualtat de condicions, són més lents que els paral·lels, ja que aquests poden transmetre diversos bits a simultàniament.
- Major latència: a causa de la transmissió seqüencial, els busos sèrie poden tenir una latència més alta que els busos en paral·lel, cosa que pot ser problemàtica en aplicacions que requereixen temps de resposta ràpids.
- Menys adequat per a transferències de dades massives: per a la transferència de grans volums de dades a alta velocitat, un bus en paral·lel sol ser més eficient, ja que pot transmetre múltiples bits alhora.
Transferències en paral·lel
També és important conèixer, de cara al SerDes, què és la transferència de dades en paral·lel. En aquest cas és un mètode de comunicació on múltiples bits d'informació es transmeten simultàniament a través de múltiples conductors o línies de comunicació. En contrast amb la transferència de dades en sèrie, on els bits es transmeten un darrere de l'altre en una seqüència seqüencial, en la transferència de dades en paral·lel, diversos bits s'envien alhora, cadascun a través del seu conductor o canal.
Per tant, els bits de dades es divideixen en grups o paquets i es transmeten de manera simultània, cosa que permet una major velocitat de transmissió en comparació dels sistemes en sèrie. I això s'empra actualment en busos interns dels ordinadors, interfícies de memòria RAM, etc.
exemples d'aquest tipus de comunicacions inclouen la IEEE 1284 o LPT, que es va fer servir antigament per connectar perifèrics com les impressores. També tenim el SCSI o Small Computer System Interface per a mitjans d'emmagatzematge com els discs durs, o el PATA, és a dir, la versió paral·lela de l'ATA, emprat també per a unitats d'emmagatzematge, etc.
Avantatges i desavantatges
El bus paral·lel és una interfície de comunicació que té els seus avantatges davant del sèrie, com per exemple:
- Alta velocitat de transferència: un dels principals avantatges del bus paral·lel és la seva capacitat per transmetre múltiples bits de dades alhora, cosa que permet velocitats de transferència més altes en comparació amb les interfícies en sèrie.
- Senzillesa en la implementació: en aplicacions específiques on cal una comunicació de dades ràpida i directa entre dispositius interns, com en un ordinador personal, el bus paral·lel pot ser més fàcil d'implementar que les interfícies en sèrie.
- Baixa latència: a causa de la transmissió simultània de dades, els busos paral·lels poden tenir una latència més baixa en comparació amb les interfícies en sèrie, cosa que és important en aplicacions que requereixen una resposta ràpida.
D'altra banda, també en tenim algunes desavantatges destacades:
- Major complexitat de cablejat: els busos paral·lels requereixen múltiples conductors o línies de comunicació per transmetre dades, cosa que pot augmentar la complexitat del cablejat i la necessitat de cables més gruixuts.
- Problemes de sincronització: la transmissió simultània de dades en un bus paral·lel requereix una sincronització precisa dels bits en tots els conductors, cosa que pot ser complicada a altes velocitats i pot portar a errors de sincronització.
- Major susceptibilitat a interferències electromagnètiques (EMI): a causa de la proximitat de múltiples línies, els busos paral·lels són més susceptibles a les interferències electromagnètiques que poden degradar la qualitat del senyal.
- Limitacions a la distància de transmissió: són menys adequats per transmetre dades a llargues distàncies sense la necessitat de repetidors o amplificadors de senyal a causa de la degradació del senyal als cables llargs.
- Ús ineficient de recursos: dn moltes aplicacions, els busos paral·lels poden ser ineficients en termes dús de recursos, ja que requereixen més conductors i components per aconseguir la mateixa velocitat de transmissió que una interfície en sèrie.
Què és un shift register?
El següent i darrer pas per poder comprendre el funcionament d'un SerDes és parlar del registre de desplaçament, o shift register. Es tracta d'un tipus de circuit digital que utilitza una cascada de flip-flops on la sortida d'un flip-flop està connectada a l'entrada del següent. Comparteixen un únic senyal de rellotge, cosa que provoca que les dades emmagatzemades al sistema es desplacen d'una ubicació a la següent. Quan connecteu l'últim flip-flop de nou al primer, les dades (bits) poden circular o desplaçar-se, d'aquí el nom…
Els registres de desplaçament poden tenir tant entrades com sortides paral·leles i ser configurats com a SIPO (Serial Input Parallel Output) o com a PIS (Parallel Input Seral Output), i és aquí on un shift register cobra especial importància per poder implementar un sistema SerDes, com veurem al següent apartat…
Què és SerDes?
Un serialitzador/deserialitzador, o Serializer/Deserializer (SerDes), és un parell de blocs funcionals comunament utilitzats en comunicacions d'alta velocitat per poder realitzar conversions entre interfícies sèrie i paral·leles de forma bidireccional. Això és emprat per a diferents dispositius de transmissió o comunicació, i resulta molt pràctic en molts casos.
La funció bàsica d'un SerDes està composta per dos blocs funcionals, bàsicament dos registres de desplaçament:
- Bloc Paral·lel a Sèrie (PIS), per convertir de la vostra entrada en paral·lel a una sortida en sèrie.
- Bloc Sèrie a Paral·lel (SIPO), per convertir la seva entrada en sèrie a una sortida en paral·lel.
A més, podem trobar diverses arquitectures SerDes diferents, com les que usen un rellotge paral·lel, les que usen entrellaçat de bits, amb algun tipus de codificació, etc. Per tant, el sistema també pot incloure blocs de codificació i descodificació necessaris, etc. Per exemple, alguns exemples típics són:
- Rellotge síncron: s'utilitza normalment per serialitzar una entrada de bus paral·lel juntament amb senyals de direcció i control de dades. La seqüència serialitzada s'envia juntament amb un rellotge de referència.
- Rellotge incrustat: serialitza dades i rellotge en una única seqüència. Primer es transmet un cicle de senyal de rellotge, seguit de la seqüència de bits de dades.
- Amb codificació de dades: per exemple, el SerDes 8b/10b assigna cada byte de dades a un codi de 10 bits abans de serialitzar les dades. El deserialitzador utilitza el rellotge de referència per monitoritzar el rellotge recuperat de la seqüència de bits.
- Entrellaçat de bits: el SerDes entrellaçat de bits multiplexa diverses seqüències de dades serials més lentes en seqüències més ràpides, i el receptor desmultiplexa les seqüències de bits més ràpides de nou en seqüències més lentes.
Aplicacions del SerDes
Finalment, si et preguntes per a què pot ser utilitzat un SerDes, la veritat és que hi ha diversos exemples com:
- Comunicacions de xarxa d´alta velocitat.
- Interfícies de pantalla.
- Connexions a centres de dades.
- En interfícies demmagatzematge.
- Sistemes embeguts.
- Sistemes de transmissió en satèl·lits, IoT, vehicles, etc.