1Gbps的以太网若很单纯地想，应该就是比现有100Mbps快10倍而已。以下笔者为各位剖析美国国家半导体的1Gbps网络芯片的规格与功能，让各位了解1Gbps不仅仅是速度1Gbps而已。

从基础谈起

　　许多人谈到以太网，总会对“开放系统互连（OSI，Open System Interconnection）”的七层参考模型朗朗上口，不过我们今天讲的是网卡部分，与网卡相关的只有两层，即是“物理层（PHY, Physical Layer）”以及“资料链路层（Data Link Layer），网卡在个人电脑端可说是包含了整个物理层，但对于资料链路层则只包含了一半，更具体的说是资料链路层还可以细分成“媒体存取控制层（MAC，Medium Access Control）”以及“逻辑链路控制层（LLC，Logical Link Control），网卡则仅负责前者，即是MAC的部分。

　　由于PHY所接触的大多是模拟传输信号，MAC则是与封包较为相关的数字信号，因此大多数的芯片设计者多半会将这两层分别以两颗芯片来实现，有些当然还是会做成单颗，不过美国国家半导体的作法仍是一颗负担一层，以两颗芯片的方式来达到1Gbps。

　　我们进一步对传输封包的进出路径做说明，以电脑读取资料来说，封包是自外部进入电脑，进入的路径分别是“网络线-->RJ-45接头（进入网卡）-->PHY层芯片-->MAC层芯片-->接口控制器（现在大多是PCI接口）-->PCI插槽（正式进入主机板）”，进入路径是如此，出去的路径反向推敲就可以了。

　　在这里我们提到了接口控制器（I/F Ctrl，Interface Control），这是任何接口卡都需要的，目前网络芯片内大多已内置接口控制器，美国国家半导体的网络芯片也不例外，MAC层芯片内就有PCI接口控制器。既然内置的是PCI接口控制器，而不是ISA接口控制器，因此这颗网络芯片就不可能做成ISA接口的网卡，绝对是PCI接口。

　　关于1Gbps的PHY层芯片以及MAC层芯片，美国国家半导体的实际芯片产品为DP83891（PHY层）或DP83861（DP83891的低电压、省电版本），以及DP83820（MAC层）。

DP83891与DP83861芯片的差别

　　笔者在此简单说明DP83891与DP83861芯片之间的差别，DP83891与DP83861在功能上全然相同，然而DP83891所使用的运作电压仅3.3V即可，但是DP83861则是除了3.3V外，还要1.8V，也就是跟现在的CPU一样，使用双电压组态。

　　DP83861的核心电压（Vcore）使用1.8V，接口电压（Vio）使用3.3V，但是3.3V的管脚即使在用5.0V的电压仍可以正常工作而不会损坏，这种特性称为“容忍（tolerant）”，这样做的原因是许多插槽（包括PCI）都还是用5V运作，在这种情况下，若芯片只能接受3.3V，则还需要经过一个5.0V转3.3V的降低电压程序，这个程序要通过降压电路来达成，如此就会增加电路成本与使用降压元件的成本，而设计成可容忍5.0V的话就可以省去这些降压电路与成本。DP83891的3.3V同样具有容忍5.0V的能力。

　　设计成双电压组态的原因，主要的理由是为了省电，其次的理由是美国国家半导体采用0.18微米工艺来制造DP83891、DP83861以及DP83820芯片，愈小的工艺所使用的运作电压愈低愈好。

　　使用双电压所带来的省电效果，可以让DP83861芯片在10/100Mbps下的速度运作时，整个芯片的耗电量不到1W，使用125MHz的频率运作，本文也是以DP83861的低电压版本同时代表DP83891/861来做说明。

　　最后无论DP83891、861、还是820，都是使用208支管脚的PQFP封装而成。除此之外，DP83891特别有另一种215支管脚的BGA封装，这点比较特别，美国国家半导体而将DP83820称为“GigMAC”，将DP83861称为“GigPHYTER”，至于低电压的DP83891称为“EN GigPHYTER”，“EN”即是增强（Enhanced）的意思。这些芯片都是来自美国国家半导体公司位于南波特兰（South Portland）的Maine半导体厂所制造。

MAC层与PHY层间遵守的规则

　　虽然1Gbps的网络芯片分成两颗，两颗芯片间遵守着MAC层与PHY层的共通规格接口而设计，这个接口称为MII （Media Independent Interface）。

　　不过MII是针对10Mbps跟100Mbps而设的（依据IEEE 802.3u），对于1Gbps而言不适用，针对1Gbps的是GMII（Gigabit MII，依据IEEE 802.3z和802.3ab），而DP83820与DP83861能同时支持MII与GMII。

优点1：支持网络唤醒（WOL，Wake On LAN）功能

　　美国国家半导体1Gbps网络芯片的第一个优点是网络唤醒（WOL）功能，WOL是“先进配置与电源接口（ACPI，Advanced Configuration and Power Interface）的1.0版、OnNow规格中的一项子功能，而且很多10/100bps的网卡都有，不足为奇。不过能遵循ACPI确实在电源与组态管理、系统管理上比较方便，这项功能的支持主要来自于DP83820（GigMAC）芯片。

优点2：支持服务品质（QoS）功能

　　GigMAC支持IEEE 802.1D与IEEE 802.1Q等规格协定，拥有“优先排队（Priority Queueing）”，可以优先让某些封装传输与通行，这对于音频资料或视频资料的传输相当重要。

优点3：支持热插拔功能

　　DP83820支持PCI 2.2，所以1Gbps网卡也支持热插拔功能。更重要的是DP83820也可以支持PCI-64，也就是66.66MHz的64位元PCI。

优点4：支持虚拟局域网（VLAN，Virtual LAN）功能

　　虚拟局域网是将线路连接在一起的局域网络，再用逻辑方式加以划分，形成一个子型小网络，例如将自己部门内的电脑设在一个VLAN，可以加快相互间的传输，也使整个局域网的使用率提高很多。

　　此外DP83820还支持“帧暂停（Pause Frames）”的功能，这个功能也有助于网络上的流量控制。

优点5：支持巨型帧（Jumbo Frames）功能

　　在以往10/100Mbps的传输中，最大的帧为1518字节，如今整体传输速率提升到1Gbps后，若最大帧仍然是1518字节就不合适了，因此美国国家半导体 1Gbps网络芯片支持更大的“巨型帧”，每个帧容量可达9000字节，甚至更大，以此来顺应整体传输速率的提升。

优点6：支持全双工（Full Duplex）、多卡连聚（Link Aggregation）

　　全双工不用说，10/100Mbps就该有了。有的网络芯片只允许一部电脑中只用一张网卡，但美国国家半导体1Gbps并没有如此，相反的还允许、鼓励一个电脑内多装几张1Gbps网卡，特别是服务器格外需要。

　　一部服务器内有多张1Gbps网卡，表示其网络服务能力愈强，否则许多服务器的运算能力很强，但最后的运算结果都卡在网卡上出不去，网卡成为服务器服务交通功效的瓶颈。

　　1Gbps换算成位元组相当于125MB/Sec，也就是说已经很接近PCI-32、33.33MHz传输的极限：133.33MB/Sec。

　　也就是因为1Gbps网卡的出现，才使得PCI SIG组织会想推出更先进的PCI规格：PCI-X，PCI-X就是针对1Gbps以太网（Ethernet）、光纤通道（Fiber Channel）、以及Ultra3 SCSI而设，因为一般PCI的133.33MB/Sec，或是PCI-64的533.33MB/Sec（64bit x 66.66MHz），都渐渐地难以招架了。同样的1Gbps网卡要进驻到一般台式电脑上，不是要转变成PCI-32的规格，就是台式电脑的PC规格要有所提升了，甚至要大幅提升，因为Ultra ATA/100与Serial ATA等高传输的周边，也同样在挑战着系统内的传输频宽。

　　1Gbps对许多电脑系统的传输架构都是冲击，但对一种电脑却100%的有益，那就是瘦客户机（TC，Thin Client），因为瘦客户机自身的运算能力较薄弱，很依赖服务器的运算与网络传输，而以往瘦客户机比较受限于100Mbps网络，但却不太受限于服务器的运算力，如今，若能改用1Gbps，对于瘦客户机的功效提升是有所帮助的。

　　此外瘦客户机基本上没有配备硬盘，所以没有如Ultra ATA/100那种与网卡共抢PCI频宽的问题，即使瘦客户机配备有读卡机（身份辨识用）或一些Super I/O功能，但基本上传输量都很小，大多数的PCI频宽都可以留给1Gbps网卡使用。

优点7：极低的CPU使用率

　　前面曾说到，NS 1Gbps支持巨型帧可以对CPU少发出要求处理服务的中断，此外原本需要CPU帮忙运算、处理的，DP83820几乎都可以自己包办完成、自己解决，不见得要偏劳CPU。例如DP83820可以自动产生IPv4（尚未支持IPv6）的Checksum。

优点8：多样的状态指示灯

　　最后谈谈网卡的状态指示灯（status LED），一般网卡指示灯大概只有两个，一个橙色、一个绿色，只要网卡通电其中一个就会亮，表示网卡已与电源接通，另一个则是在网络信息传输时闪烁，表示网络传输正常运作中。许多网管人员就依赖这两个指示灯来辨识是电脑出问题还是网络出问题。

　　美国国家半导体1Gbps芯片提供了Link（连结、连线）、Speed（速度：10/100、1G）、Activity（运作）、Collision（网络上的信号碰撞）、TX（传送）、RX（接收）等状态指示灯，如此网管人员可以更细腻地判断目前网卡的运作状况

结束语

　　各位或许会很纳闷，为何要谈芯片呢？谈实际网卡不是更好？或者是做做测试不是更贴切吗？

　　网络芯片就是网卡的关键零部件，如果网络芯片的规格确定了，那么，该网卡的功能就八九不离十了。因此掌握关键零组件的规格与功能，依据芯片挑选所要的网卡，才能算是真正的选购。

　　除了网卡外，美国国家半导体的1Gbps网络芯片不需要使用新的线路，使用既有CAT 5规格的网络线就可以达到1Gbps的传输了，这也是其他同级产品不容易办到的一点。而这一突破却很实用，因为公司或企业的线路不用重新布设，省钱又省工，只要换换用户端个人电脑的网卡，以及使用服务端服务器的网卡，机房端的集线器、交换机等就可以了，比重新布设要节约很多资金。

　　说到集线器、交换机、就想到最后还要补充一点：由于对1Gbps的以太网规格尚有一些分歧，目前有些品牌的集线器、路由器相互间不相容，而NS虽然自身没有推出1Gbps的集线器芯片或交换机芯片，但1Gbps网卡芯片却可以兼容目前所有的1Gbps集线器与交换机。

　　如果短时间没有预算购买昂贵的1Gbps集线器与交换机，也可以先换用1Gbps网卡，到时候1Gbps的机房配备降价时再换新也可以，以往100Mbps环境也是如此普及的。100Mbps的网卡已经在进行杀价血战了，但100Mbps集线器还是颇昂贵，所以许多公司都是先用可承受100Mbps传输率的CAT-5线路，已经安装100Mbps的网卡，但却是用10Mbps的集线器，如此整个网络环境还是10Mbps。一直到100Mbps的集线器降价后，才将旧的10Mbps集线器替换掉，瞬间升级成100Mbps的网络环境，如今1Gbps也是类似的情形。