SerDes: qué es y para qué sirve

Actualizado a: 19 de enero de 2024

Existen algunos términos o dispositivos que aún son desconocidos para muchos usuarios. Esta vez te traemos una profunda descripción sobre SerDes. De este modo, podrás saber qué es, para qué sirve, y cómo puede afectar a las comunicaciones de datos.

Contenido

Transferencias serie

Antes de pasar a describir qué es SerDes, debemos conocer bien cuáles son los tipos de transmisiones existentes. Por un lado tenemos la transferencia de datos en serie, que es un método de comunicación en el que los bits de información se transmiten de manera secuencial, uno después del otro, a través de un solo conductor o línea de comunicación.

Es decir, los bits se transmiten en una secuencia cronológica, uno detrás del otro, a menudo utilizando un protocolo de comunicación específico. Esto se logra mediante la modulación de la señal eléctrica, óptica o electromagnética para representar los valores binarios (0 y 1). Algunos ejemplos de tecnologías de transferencia de datos en serie incluyen:

RS-232: un estándar de comunicación serie común utilizado para la transmisión de datos entre dispositivos electrónicos, como ordenadores antiguos y periféricos.
USB (Universal Serial Bus): uno de los puertos más populares de la actualidad, y uno de los que permiten transferencias más rápidas.
Ethernet: transmiten datos en serie utilizando una técnica llamada modulación por amplitud de pulsos (PAM) para lograr velocidades de comunicación más altas.
HDMI (High-Definition Multimedia Interface): utilizado para la transmisión de audio y video de alta definición, también utiliza una comunicación en serie para transmitir datos digitales.
SATA (Serial Advanced Technology Attachment): utilizado para la conexión de dispositivos de almacenamiento, como discos duros y unidades de estado sólido. Además, también existen otras variantes, como la eSata o external SATA…

Como ves, las comunicaciones serie son bastante populares en la actualidad.

Ventajas y desventajas

Un bus serie es un tipo de conexión en la que los datos se transmiten secuencialmente a través de un único conductor o línea de comunicación, como he comentado anteriormente. Pero esto implica una serie de ventajas, como:

Eficiencia en el uso de cables: utiliza menos cables o líneas conductoras en comparación con un bus en paralelo, lo que facilita la instalación y reduce el coste del cableado. También es positivo para dispositivos donde el tamaño es importante.
Menor consumo de energía: debido a la transmisión secuencial de datos, un bus serie tiende a consumir menos energía en comparación con un bus en paralelo, donde múltiples líneas deben estar activas simultáneamente.
Mayor distancia de transmisión: los buses serie suelen ser más adecuados para la transmisión de datos a largas distancias, ya que las señales en serie pueden viajar a través de cables más largos sin degradación significativa de la señal. Esto es especialmente importante en el cableado de red o de señal de vídeo, cuando hay que llevarlo a una larga distancia sin perder calidad.
Menor interferencia electromagnética: debido a que se utiliza una sola línea de comunicación en serie, hay menos oportunidades para la interferencia electromagnética en comparación con los buses en paralelo, donde las líneas están más cerca unas de otras.

No obstante, no todo son ventajas, también tiene algunas desventajas:

Velocidad: a pesar de que se han construido buses serie para transferencias a muy alta velocidad, lo cierto es que en igualdad de condiciones, son más lentos que los paralelos, ya que éstos pueden transmitir varios bits a simultáneamente.
Mayor latencia: debido a la transmisión secuencial, los buses serie pueden tener una latencia más alta que los buses en paralelo, lo que puede ser problemático en aplicaciones que requieren tiempos de respuesta rápidos.
Menos adecuado para transferencias de datos masivas: para la transferencia de grandes volúmenes de datos a alta velocidad, un bus en paralelo suele ser más eficiente, ya que puede transmitir múltiples bits al mismo tiempo.

Transferencias en paralelo

También es importante conocer, de cara al SerDes, qué es la transferencia de datos en paralelo. En este caso es un método de comunicación en el que múltiples bits de información se transmiten simultáneamente a través de múltiples conductores o líneas de comunicación. En contraste con la transferencia de datos en serie, donde los bits se transmiten uno detrás del otro en una secuencia secuencial, en la transferencia de datos en paralelo, varios bits se envían al mismo tiempo, cada uno a través de su propio conductor o canal.

Por tanto, los bits de datos se dividen en grupos o paquetes y se transmiten de manera simultánea, lo que permite una mayor velocidad de transmisión en comparación con los sistemas en serie. Y esto se emplea actualmente en buses internos de los ordenadores, interfaces de memoria RAM, etc.

Ejemplos de este tipo de comunicaciones incluyen la IEEE 1284 o LPT, que se usó antiguamente para conectar periféricos como las impresoras. También tenemos el SCSI o Small Computer System Interface para medios de almacenamiento como los discos duros, o el PATA, es decir, la versión paralela del ATA, empleado también para unidades de almacenamiento, etc.

Ventajas y desventajas

El bus paralelo es una interfaz de comunicación que tiene sus ventajas frente al serie, como por ejemplo:

Alta velocidad de transferencia: una de las principales ventajas del bus paralelo es su capacidad para transmitir múltiples bits de datos al mismo tiempo, lo que permite velocidades de transferencia más altas en comparación con las interfaces en serie.
Sencillez en la implementación: en aplicaciones específicas donde se necesita una comunicación de datos rápida y directa entre dispositivos internos, como en una computadora personal, el bus paralelo puede ser más fácil de implementar que las interfaces en serie.
Baja latencia: debido a la transmisión simultánea de datos, los buses paralelos pueden tener una latencia más baja en comparación con las interfaces en serie, lo que es importante en aplicaciones que requieren una respuesta rápida.

Por otro lado, también tenemos algunas desventajas destacadas:

Mayor complejidad de cableado: los buses paralelos requieren múltiples conductores o líneas de comunicación para transmitir datos, lo que puede aumentar la complejidad del cableado y la necesidad de cables más gruesos.
Problemas de sincronización: la transmisión simultánea de datos en un bus paralelo requiere una sincronización precisa de los bits en todos los conductores, lo que puede ser complicado a altas velocidades y puede llevar a errores de sincronización.
Mayor susceptibilidad a interferencias electromagnéticas (EMI): debido a la proximidad de múltiples líneas, los buses paralelos son más susceptibles a las interferencias electromagnéticas que pueden degradar la calidad de la señal.
Limitaciones en la distancia de transmisión: son menos adecuados para transmitir datos a largas distancias sin la necesidad de repetidores o amplificadores de señal debido a la degradación de la señal en los cables largos.
Uso ineficiente de recursos: dn muchas aplicaciones, los buses paralelos pueden ser ineficientes en términos de uso de recursos, ya que requieren más conductores y componentes para lograr la misma velocidad de transmisión que una interfaz en serie.

¿Qué es un shift register?

El siguiente y último paso para poder comprender el funcionamiento de un SerDes es hablar del registro de desplazamiento, o shift register. Se trata de un tipo de circuito digital que utiliza una cascada de flip-flops, donde la salida de un flip-flop está conectada a la entrada del siguiente. Comparten una única señal de reloj, lo que provoca que los datos almacenados en el sistema se desplacen de una ubicación a la siguiente. Al conectar el último flip-flop de nuevo al primero, los datos (bits) pueden circular o desplazarse, de ahí su nombre…

Los registros de desplazamiento pueden tener tanto entradas como salidas paralelas y ser configurados como SIPO (Serial Input Parallel Output) o como PISO (Parallel Input Seral Output), y es aquí donde un shift register cobra especial importancia para poder implementar un sistema SerDes, como veremos en el siguiente apartado…

¿Qué es SerDes?

Un serializador/deserializador, o Serializer/Deserializer (SerDes), es un par de bloques funcionales comúnmente utilizados en comunicaciones de alta velocidad para poder realizar conversiones entre interfaces serie y paralelas de forma bidireccional. Esto es empleado para distintos dispositivos de transmisión o comunicación, y resulta muy práctico en muchos casos.

La función básica de un SerDes está compuesta por dos bloques funcionales, básicamente dos registros de desplazamiento:

Bloque Paralelo a Serie (PISO), para convertir de su entrada en paralelo a una salida en serie.
Bloque Serie a Paralelo (SIPO), para convertir su entrada en serie a una salida en paralelo.

Además, podemos encontrar varias arquitecturas SerDes diferentes, como las que usan un reloj paralelo, las que usan entrelazado de bits, con algún tipo de codificación, etc. Por tanto, el sistema puede incluir también bloques de codificación y decodificación necesarios, etc. Por ejemplo, algunos ejemplos típicos son:

Reloj síncrono: se utiliza normalmente para serializar una entrada de bus paralelo junto con señales de dirección y control de datos. La secuencia serializada se envía junto con un reloj de referencia.
Reloj incrustado: serializa datos y reloj en una única secuencia. Primero se transmite un ciclo de señal de reloj, seguido por la secuencia de bits de datos.
Con codificación de datos: por ejemplo, el SerDes 8b/10b asigna cada byte de datos a un código de 10 bits antes de serializar los datos. El deserializador utiliza el reloj de referencia para monitorizar el reloj recuperado de la secuencia de bits.
Entrelazado de bits: el SerDes entrelazado de bits multiplexa varias secuencias de datos seriales más lentas en secuencias más rápidas, y el receptor desmultiplexa las secuencias de bits más rápidas de nuevo en secuencias más lentas.