XGE Silicon Stack Ethernet XGE4022‐PMC‐CC Data Sheet: Dual Port 1 Gbit/sec Silicon Stack Ethernet PMC (front copper)  XGE4022 PMC The XGE4022 is the only true hardware based TCP/IP Offload  Engine (TOE) available in a PMC form factor.  The XGE product  family differentiates itself from “non‐TOE” standard Gigabit  Ethernet (as well as simple processor based TOE architectures)  by delivering high sustained throughput, maximum host offload,  ultra‐low latency, and rock solid deterministic behavior.     The combination of the XGE hardware based TOE performance  characteristics and it’s programmable architecture enables the  use of Gigabit Ethernet as a high performance network fabric ‐  XGE4022-PMC-CC Features: one that offers the ubiquity, compatibility and simplicity of   Silicon Stack Offload – full hardware offload  standard Ethernet and the performance characteristics needed for   Full line rate throughput  high performance embedded systems.   Very low host processor overhead     Ultra low latency & rock solid determinism  XGE Silicon Stack Advantage  Zero Copy / Direct Data Placement (into app memory)  Standard Gigabit Ethernet interfaces stifle the performance of   Large send/receive offload  even the most powerful CPUs when trying to move data at high   UDP streaming support  rates, let alone at full wire speed rates (1Gbps).   This is due to   100% standard Ethernet compatibility  the significant overhead caused by the TCP/IP protocol stack.     Hardware BIT (Built in Test)     Low power consumption  The XGE series processes the complete protocol stack including   Dual port ‐  copper RJ45 connectors   Ethernet, TCP, UDP, IP, iSCSI, & RDMA in dedicated silicon and   Front panel optical  version also available  frees all I/O protocol processing from the host system.  By   Rugged conduction cooled versions available  leveraging the XGE product line, you can realize wire speed   Comprehensive Software Library & driver support  transfer rates, minimal host processor overhead, microsecond   TOE Networking & iSCSI Storage Support  latency and high determinism.  Processor based TOE interfaces    merely offload the host and are still plagued with high latency,  Extensive Software Support & Capability poor reliability, and unpredictable behavior.      Critical I/O supplies all the hardware, drivers, libraries, and    protocol support youʹll need for rapid system development  XGE Silicon Stack Dual 1GbE vs. Software Stack Dual 1GbE   without wasting your time debugging drivers. All software has    Software Stack XGE Silicon Stack been highly optimized to deliver maximum performance,  Dual Channel, 1GbE   Dual Channel, 1GbE reliability, and capability.    Throughput 20 Mbyte/s 500 Mbyte/s     max sustained rate host CPU limited "wire rate" The XGE4022 hardware is accompanied by an extensive offering    of software libraries and device drivers with support for  Host Overhead 100% 1%   embedded / real‐time operating systems (VxWorks, RT Linux,    Latency 250 usec and others) as well as mainstream OS platforms.  15 usec       In addition to standard OS level drivers, Critical I/O offers a  Determinism Poor Rock Solid   typical variation ± 200 usec comprehensive library that is ideally suited to applications that  ±2 usec   want to completely bypass the OS or that have no OS such as    Reliability Poor Excellent signal processing systems. These libraries are capable of running  under load under heavy load   under any load on a variety of embedded processor families, such as PowerPC,    conditions Intel/AMD x86, and DSPs.     Page 1 of 2 Revised 12/14/2010 Port 1 Port 2 XGE Interface Silicon Stack vs. Software Stack TOE Gigabit Ethernet PHY & MAC Gigabit Ethernet PHY & MAC Full Hardware TOE, such as Critical I/O’s XGE Silicon Stack  Gigabit Ethernet hardware (Figure 1, right), is designed  Embedded CPU IP IP and Firmware specifically for real‐time applications. The XGE hardware  Pipe Bypass for TCP / UDP TCP / UDP implements full TCP/IP offload in silicon. Full offload provides    Special Frame ultra high performance, very low CPU loading, and perhaps    Processing iSCSI RDMA iSCSI RDMA most important for real time systems, highly deterministic    operation and consistently high data rates. And as can be seen in    PCI DMA Engines the figure, there is no extra copying of data between host and    PMC, and no time‐consuming interactions between the TOE    PCI-X or PCIe Interface hardware and a software stack. Thus the latency, performance,    and determinism characteristics that are critical in real‐time    systems can be achieved.  Figure 2:  XGE Silicon Stack dual‐path architecture.    Figure 1 compares the two PMC approaches from a software  In addition, the XGE Silicon Stack TOE hardware has a unique  point of view. This illustrates that, even though Processor based  Dual Path architecture, shown in figure 2.  The Dual Path  “TOE” (figure 2, center) can be used to offload TCP/IP cycles  architecture features two dedicated pipelined hardware data  from a host processor, it solves only one of the problems of  paths that implement full TCP/UDP/IP/RDMA/iSCSI offload in  traditional Ethernet due to its continued reliance on the software  silicon.  In addition, a powerful firmware programmable engine  TCP/IP stack.  is available for optional protocol customizations and protocol    extensions.  This engine has the ability to “tap in” to the  The XGE Silicon Stack TOE approach (figure 1, right) eliminates  hardware data paths to accommodate special frame processing  the TCP/IP software stack, essentially connecting the TOE offload  related to enhanced or specialized protocols.  hardware directly into the sockets interface.  Summary Traditional Ethernet Processor “TOE” XGE Silicon Stack TOE There are many advantages in using Gigabit Ethernet in data  (incl. “Partial” TOE) Implementation Implementation intensive real‐time systems.  The use of 1 and/or 10 Gigabit  Host Processor Host Processor Host Processor Extremely Ethernet allows interoperability with a wide variety of standard,  Application Code Application Code Application Code thin host low cost Ethernet hardware and protocols, while the  software OS Sockets Layer OS Sockets Layer OS Sockets Layer layers incorporation of XGE Silicon Stack technology allows ultra‐high  TCP TCP/IP performance operation where needed.   IP Software Stack Network   Ethernet Driver Processor based Ethernet “TOE” PMC implementations are not  up to the task of providing high performance operation.  They  suffer from unpredictable data rates, high latencies, poor  TCP TCP/IP Software IP determinism, and poor reliability due to the continued reliance  Stack Hardware Network TCP/IP/Ethernet on a complex software TCP/IP stack and its time‐consuming  TCP/IP Stack Ethernet Driver Full HW Offload Silicon Stack interactions with traditional Ethernet NIC hardware.    (Silicon Stack) Ethernet NIC HW Ethernet NIC HW   Ethernet NIC PMC Software TOE PMC Silicon Stack PMC Critical I/O’s Silicon Stack XGE hardware implements full  TCP/UDP/IP/RDMA/iSCSI offload in hardware, and thus  Figure 1:  TOE implementation alternatives.  eliminates all of the disadvantages associated with software  based approaches.  XGE hardware and software provide  transparent operation, consistently high data rates, very low CPU  Compatibility and Flexibility loading, very low message latencies, and highly deterministic  The XGE flexible sockets interface model maintains full  performance.     compatibility with all applications, including both custom user  applications as well as all “pre‐built” network applications such  as NFS, FTP, Telnet, etc.  This means that the use of Silicon Stack  TOE is largely transparent to users.    Page 2 of 2 Revised 12/14/2010 Silicon Stack XGE4022 PMC (dual front panel copper) Technical Specifications Controller Architecture Full hardware state‐based TOE protocol processor Ethernet Rates 1000/100/10 mbps/port Data Transfer Rate 250 MBytes/sec (per port, full‐duplex)  500 MBytes/sec sustained data rate (aggregate for interface) Topology Switched Gigabit Ethernet & point to point Protocol Support TCP, UDP, IP, iSCSI (hardware capable of RDMA support) RAM 64 MByte SDRAM reassembly buffer Host Bus Interface 33/66 MHz PCI 2.3; 66/100/133 MHz PCI‐X 1.0; 32/64 bit, master & slave, 3.3V and 5V signaling Ports Two copper front panel ports Connectors Two copper RJ45 connectors Form Factor PMC, 64 bit PMC Specification; IEEE P1386‐2001, IEEEP1386.1‐2001 Power Requirements +5VDC at 2.1A (max) standard configuration(special factory configuration : +3.3VDC at 3.1A) Power Consumption 9.5 Watts (typical) Temperature Operating:  0C to +55C; Storage: ‐40C to +85C Humidity Operating: 10‐90%, non‐condensing; Storage: 5‐95%, non‐condensing Supported Host Processors Intel, PowerPC, DSP, etc. Software Support OS Drivers: VxWorks, Linux, Integrity; XGE Software Library (OS independent & Windows RTX) Model Number XGE4022‐PMC‐CC  Model Description Dual ported Gigabit Ethernet TOE PMC, copper RJ45 connectors, commercial temp air‐cooled  hardware Silicon Stack Port A Protocol Offload GigE PCI-X 250 MByte/s TCP/UDP/IP/RDMA Phy Interface and iSCSI in Silicon 133 MHz Protocol Processors and PCI-X 11 Ch. of Interface Management Up to 1 GByte/s DMA Firmware based Silicon Stack Port B I/O Protocol Offload GigE 250 MByte/s Buffering TCP/UDP/IP/RDMA Phy and iSCSI in Silicon Block Diagram: Functional block diagram for XGE4022 PMC by Critical I/O. This PMC provides two independent Gigabit  Ethernet ports, each with Silicon Stack offload of TCP, UDP, IP, iSCSI, and RDMA protocols. Dedicated hardware provides  full duplex operation at wire‐speed sustaining up to 250 MBytes/sec on each port, and 500 MBytes/sec with both ports  operating simultaneously.  Page 3 of 3 www.criticalio.com © 2008 Critical I/O, LLC. All rights reserved. Critical I/O, LLC believes the information in this document is correct, however, the information is subject to change without notice. Critical I/O, LLC assumes no responsibility for any errors or omisions in this document.