Cuando los progenitores de Ethernet en Xerox PARC crearon su primera versión (3Mb / s) a fines de la década de 1970, centraron sus esfuerzos en la conectividad y prestaron poca atención a la latencia o el rendimiento de la red. Los nodos de red en ese entonces eran humanos en estaciones de trabajo e impresoras láser, y a nadie le importaba si los paquetes interferían entre sí en tránsito y tenían que retransmitirse muchas veces antes de llegar a sus destinos. La mezcla de paquetes largos y cortos en la red resultó en grandes retrasos para los paquetes cortos, ya que esperaban que pasaran los paquetes más largos, de la misma manera que los automóviles en un cruce de ferrocarril esperan a que pase un tren antes de poder llegar al otro. lado.
Avance rápido hasta hoy, cuando las velocidades de Ethernet se han acelerado significativamente. Las velocidades más altas mejoran en gran medida la capacidad, pero hacen poco para administrar la latencia u optimizar el ancho de banda. Todavía está bien descartar y retransmitir paquetes en situaciones de mucha carga. Al darse cuenta de que esto limitaría la utilidad de Ethernet en aplicaciones que requieren una sincronización precisa y determinista, el comité IEEE 802 que supervisa las especificaciones de Ethernet creó un nuevo conjunto de subestándares denominados colectivamente "Redes sensibles al tiempo (TSN)", que permiten varios clases de tráfico de red para compartir un enlace común.
Hacer que TSN funcione es un problema técnico enormemente desafiante. En la Ethernet clásica, una vez que un nodo comienza a enviar el paquete "A", debe completar esa transmisión antes de iniciar otra. Pero, ¿qué sucede si otro paquete "B" que podría no cumplir con una fecha límite si se retrasa llega repentinamente al principio de la cola? El remitente debe esperar a que se complete el primer paquete, o abortar esa transmisión, enviar el paquete "B" y luego reenviar el paquete "A" en su totalidad más tarde, intercambiando el ancho de banda para minimizar la latencia. En las redes habilitadas para TSN, el nodo de transmisión puede pausar efectivamente el paquete "A" en pleno vuelo, transmitir el paquete "B" y luego reanudar el envío de "A" donde lo dejó. Incluso con redes relativamente lentas (100 Mb / s), el controlador tiene menos de 82 microsegundos (µs) para evaluar las opciones de cola y decidir qué hacer, y la ventana se reduce a 8 µs a velocidades de gigabit.
La implementación de TSN requiere una combinación de las capacidades de toma de decisiones de los microprocesadores y los circuitos dedicados de los FPGA. No es sorprendente que Xilinx haya estado íntimamente involucrado con dos grupos, la AVnu Alliance y el Industrial Internet Consortium, que han estado trabajando en TSN durante varios años. En la feria comercial SPS IPC Drives 2016 en Nuremberg, demostramos protocolos industriales clave que incluyen OPC UA, DDS y EtherCAT que se ejecutan sobre TSN. En 2017, lanzamos una versión preliminar de nuestro soporte TSN con el título pegadizo "1G / 100M TSN Subsystem LogiCORE IP". Funciona con nuestros dispositivos Zynq-7000 o Zynq UltraScale + MPSoC y proporciona soluciones de chip único para una variedad de aplicaciones. En el evento SPS IPC Drives de esta semana en Nuremberg, estamos demostrando un robot colaborativo MARA de Acutronic Robotics (Cobot) que depende críticamente del control de movimiento en tiempo real para la velocidad, precisión y seguridad. La solución TSN basada en Zynq de Xilinx gestiona las capacidades de comunicación deterministas basadas en Ethernet que se utilizan en los cobots de varios ejes.
Otros clientes de acceso temprano también han obtenido excelentes resultados técnicos que anticipan beneficiarán a sus resultados finales. General Electric señaló: “En nuestras pruebas internas, el núcleo IP de Xilinx ha cumplido con algunos de nuestros requisitos más estrictos. Desde una perspectiva de rendimiento pura, observamos una variación de retardo de paquetes de menos de 50 nanosegundos de pico a pico. Descubrimos que el núcleo IP de Xilinx tiene una amplia cobertura de las especificaciones de TSN. Debido a la flexibilidad de un núcleo de IP, Xilinx ha podido actualizarlo con el tiempo a medida que los estándares maduran y agregar nuevas funciones, lo que encaja perfectamente con nuestro ciclo de vida de desarrollo de productos ".
En total, desde que anunciamos este paquete, decenas de clientes han obtenido licencias para incorporar Xilinx TSN IP en sus productos. Para ayudar a los desarrolladores a comenzar con sus proyectos de TSN, nos hemos asociado con Avnet para ofrecer una Kit de evaluación TSN (AES-ZU-TSN-SK-G) a un precio promocional especial de $ 10,000 hasta el 31 de diciembre de 2018. (Una oferta sensible al tiempo para IP sensible al tiempo). El kit incluye dos nodos TSN de hardware desarrollados por Avnet, que comprenden un un total de seis placas y una licencia de proyecto completa que permite a los usuarios implementar TSN Endpoint IP de Xilinx en Zynq o Zynq UltraScale + SoC en producción. En 2019, el precio de este kit volverá a su precio habitual de 27,000 dólares, por lo que vale la pena actuar ahora. Llame a su contacto de ventas local de Xilinx o Avnet para obtener más detalles.
Las redes sensibles al tiempo son una de las muchas áreas que se benefician enormemente de las plataformas inteligentes y adaptables de Xilinx. Las tareas computacionales son exigentes, pero las limitaciones en tiempo real excluyen las soluciones simples basadas en microprocesadores. Los estándares en rápida evolución complican las soluciones ASIC personalizadas. Estos son los tipos de aplicaciones que nuestros arquitectos y diseñadores imaginaron cuando diseñaron estos productos. Nos complace que nuestros clientes reconozcan el valor de nuestro enfoque y juntos podemos abordar problemas aún más desafiantes que aún no se han resuelto.
