Вместо того, чтобы беспокоиться об исследовательской работе, которая доводит дело до предела, сначала начните с понимания того, что находится перед вами.
Как жесткий диск SATA 3 в домашнем компьютере обеспечивает последовательную связь 6 Гбит / с? Основной процессор не 6 ГГц, а тот, который находится на жестком диске, конечно, не настолько, по вашей логике, это не должно быть возможным.
Ответ заключается в том, что процессоры не работают, выкладывая один бит за раз, есть специальное оборудование, называемое SERDES (сериализатор / десериализатор), которое преобразует параллельный поток данных с более низкой скоростью в высокоскоростной последовательный поток данных, а затем снова возвращается в другой конец. Если это работает в блоках по 32 бита, то частота ниже 200 МГц. И эти данные затем обрабатываются системой DMA, которая автоматически перемещает данные между SERDES и памятью без участия процессора. Все, что нужно сделать процессору, - это указать контроллеру DMA, где находятся данные, сколько отправлять и куда отправлять любой ответ. После этого процессор может отключиться и сделать что-то еще, контроллер DMA прервет работу после завершения работы.
И если процессор тратит большую часть своего простоя, он может использовать это время для запуска второго DMA & SERDES, работающего на второй передаче. Фактически, один ЦП может выполнять несколько таких параллельных передач, обеспечивая достаточно высокую скорость передачи данных.
Хорошо, это скорее электрический, чем оптический сигнал, и он в 50 000 раз медленнее, чем та система, о которой вы спрашивали, но применяются те же основные понятия. Процессор всегда обрабатывает данные большими порциями, выделенное оборудование обрабатывает их небольшими порциями, и только некоторые очень специализированные устройства работают с ними по 1 биту за раз. Затем вы помещаете множество этих ссылок параллельно.
Одним из поздних дополнений к этому, на которое намекают другие ответы, но которые нигде не объяснены, является разница между скоростью передачи и скоростью передачи. Скорость передачи - это скорость, с которой передаются данные, скорость передачи - это скорость, с которой передаются символы. Во многих системах символы, передаваемые в двоичных битах, и, таким образом, эти два числа фактически одинаковы, поэтому между ними может быть много путаницы.
Однако в некоторых системах используется многоразрядная система кодирования. Если вместо передачи 0 В или 3 В по проводам каждый тактовый период вы посылаете 0 В, 1 В, 2 В или 3 В для каждого тактового генератора, тогда ваша скорость передачи символов будет одинаковой, 1 символ на тактовые импульсы. Но каждый символ имеет 4 возможных состояния и может содержать 2 бита данных. Это означает, что ваша битрейт удвоился без увеличения тактовой частоты.
Ни в одной реальной системе, о которой я знаю, не использовался бы такой простой многоразрядный символ стиля уровня напряжения, математика, стоящая за системами реального мира, может стать очень неприятной, но основной принцип остается тем же; если у вас есть более двух возможных состояний, вы можете получить больше битов за такт. Ethernet и ADSL являются двумя наиболее распространенными электрическими системами, которые используют этот тип кодирования, как и практически любая современная радиосистема. Как сказал @ alex.forencich в своем превосходном ответе, система, которую вы спрашивали об используемом формате сигнала 32-QAM (квадратурная амплитудная модуляция), 32 различных возможных символа, означающих 5 бит на передаваемый символ.
