智能网卡为何需要在高流量服务器环境中精确定时

近年来，SmartNIC（又称智能网络接口卡）通过将传统网络接口卡的连接性与额外的处理能力相结合，改变了网络和数据中心的应用。通过卸载核心 CPU 的部分重复数据包处理任务，SmartNIC 最大限度地提高了高流量服务器的效率。推动数据中心和 5G 网络等关键应用的 SmartNIC 需要精确的定时，以实现稳定的同步、提高数据吞吐量并减少延迟。

基于分组的同步系统中的 SmartNIC

      许多 SmartNIC 应用的一个关键要求是实施IEEE 1588 精确时间协议 (PTP)。通过精确同步，PTP 实现了对我们的数据中心和网络至关重要的技术，如并行计算、人工智能 (AI) 和高带宽 5G 无线电。虽然 PTP 对许多智能网卡至关重要，但它对数据中心和室外网络设备中常见的动态热变化高度敏感。SiTime Elite Platform Super-TCXO和Epoch Platform OCXO专为满足 IEEE 1588 的严格要求而设计，具有强大的环境性能和出色的温度斜坡特性。

       这些特性使定时解决方案即使在快速变化的温度条件下也能保持定时精度。例如，当风扇打开、温度快速变化时，基准振荡器必须保持稳定的频率，直到带有合适时间戳的新 PTP 数据包到来，以确保持续同步。与基于石英的器件相比，SiTime Super-TCXO 和 OCXO 采用DualMEMS® 架构，其频率随温度变化的斜率 (dF/dT) 在 ±1 和 ±0.01 ppb/°C 之间，使其在恶劣的实际环境中具有独特的稳定性。

Super-TCXO 或 OCXO 为支持 IEEE 1588 的 SmartNIC 中的网络同步器提供稳定的频率，如该简化框图所示。

一些 SmartNIC，包括用于金融交易和 5G 开放式无线接入网分布式单元（O-RAN DU）的 SmartNIC，不仅需要较高的温度稳定性，还需要非常低的老化和时间保持漂移。这些应用通常要求振荡器在没有 PTP 等时间基准的情况下工作 2 至 12 小时，累计时间误差不超过 1.5 µS。为了满足甚至超越这些保持要求，SiTime 基于 MEMS 的 Super-TCXO 和 OCXO 在实际条件下可提供长达 12 小时的保持时间。

对 ±1-ppb Epoch Platform MEMS OCXO 和最大石英供应商之一的同类 ±1-ppb 石英 OCXO 进行保持测试。在 8°C 的温度周期和高达每秒 1 米的微风气流中进行测试，以引起快速的温度变化。8 小时后，Epoch Platform MEMS OCXO 的时间误差减少了 2 倍。

高速数据系统中的智能网卡

      一些 SmartNIC 针对基于数据包的同步进行了优化，而另一些则针对高速 SERDES 和快速数据速率而设计。对于针对 100 至 800 Gbps 数据传输速率进行优化的 SmartNIC，低抖动已成为一个关键的性能参数。在这种情况下，SiTime 的 SiT9501 差分振荡器成为理想的解决方案，可为以太网 SoC 提供超低抖动和出色的电源降噪功能。SiT9501 采用小型 2016 封装，外形小巧，非常适合高密度电路板，而其精确的定时能力和超低抖动可满足 100 至 800G 以太网时钟应用的严格要求。

如简化框图所示，SiT9501 或 SiT9375 差分振荡器为高速数据应用中使用的 SmartNIC 提供参考时钟。

SiT9501 提供 70 fs RMS 相位抖动，包括相位噪声中的尖峰。脉冲是造成抖动的主要原因。许多基于锁相环（PLL）的振荡器会产生较大的尖峰，因此会产生大于 200 fs 的抖动，即使数据表上的规格可能低于 100 fs。SiT9501 采用独特的 PLL 技术，完全消除了尖峰，确保总抖动为 70 fs，从而在设计系统时提供最佳裕度。

对于当今最前沿的 SmartNIC，SiTime Super-TCXO 可用于需要同步和高速 SERDES，但由于空间限制而无法使用网络同步器的情况。SiTime Super-TCXO 具有同类最佳的温度斜率稳定性和低至 100 fs 的 RMS 相位抖动。此外，输出频率可以 50 ppt 的分辨率进行数字调整，以满足最苛刻的 PTP 要求。

SiT9501 差分振荡器相位噪声图，显示 70.629 fsec RMS 相位抖动，无尖峰。

智能网卡定时解决方案

SmartNIC 已成为现代网络和数据中心环境中不可或缺的组件，可使核心 CPU 专注于复杂任务，同时扩展服务器的计算能力。SiTime 专为 SmartNIC 应用量身定制的一系列环境稳健型定时解决方案可满足当今苛刻的数据中心和网络环境的需求。通过利用 SiTime 的尖端定时技术，设计人员可以释放其 SmartNIC 部署的全部潜力，并确保在各种条件下的无缝同步和运行。

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