Piuttosto che preoccuparsi di un documento di ricerca che sta spingendo le cose al limite, iniziare innanzitutto capendo le cose che si trovano di fronte a te.
In che modo un disco rigido SATA 3 in un computer di casa inserisce 6 Gbit / s in un collegamento seriale? Il processore principale non è 6 GHz e quello nel disco rigido non lo è certamente, secondo la tua logica non dovrebbe essere possibile.
La risposta è che i processori non stanno seduti lì a mettere un po 'alla volta, c'è un hardware dedicato chiamato SERDES (serializzatore / deserializzatore) che converte un flusso di dati paralleli a velocità inferiore in uno seriale ad alta velocità e poi di nuovo a l'altra estremità. Se funziona in blocchi di 32 bit, la velocità è inferiore a 200 MHz. E quei dati vengono quindi gestiti da un sistema DMA che sposta automaticamente i dati tra il SERDES e la memoria senza che il processore venga coinvolto. Tutto ciò che il processore deve fare è indicare al controller DMA dove sono i dati, quanto inviare e dove inviare una risposta. Dopo che il processore può spegnersi e fare qualcos'altro, il controller DMA si interromperà al termine del lavoro.
E se la CPU trascorre la maggior parte del tempo inattiva, potrebbe utilizzare quel tempo per avviare un secondo DMA e SERDES in esecuzione su un secondo trasferimento. In effetti una CPU potrebbe eseguire parecchi di questi trasferimenti in parallelo, offrendoti una velocità dei dati piuttosto buona.
OK, questo è elettrico piuttosto che ottico ed è 50.000 volte più lento del sistema richiesto ma si applicano gli stessi concetti di base. Il processore gestisce i dati solo in grossi pezzi, l'hardware dedicato lo gestisce in pezzi più piccoli e solo alcuni hardware molto specializzati lo gestiscono 1 bit alla volta. Quindi metti molti di questi link in parallelo.
Un'ultima aggiunta a questo che è accennato nelle altre risposte ma che non è esplicitamente spiegato da nessuna parte è la differenza tra bit rate e baud rate. La velocità in bit è la velocità di trasmissione dei dati, la velocità di trasmissione è la velocità di trasmissione dei simboli. Su molti sistemi i simboli trasmessi ai bit binari e quindi i due numeri sono effettivamente gli stessi, motivo per cui può esserci molta confusione tra i due.
Tuttavia su alcuni sistemi viene utilizzato un sistema di codifica multi-bit. Se invece di inviare 0 V o 3 V lungo il filo per ogni periodo di clock, invii 0 V, 1 V, 2 V o 3 V per ciascun orologio, la frequenza dei simboli è la stessa, 1 simbolo per orologio. Ma ogni simbolo ha 4 possibili stati e quindi può contenere 2 bit di dati. Ciò significa che la velocità in bit è raddoppiata senza aumentare la frequenza di clock.
Nessun sistema del mondo reale di cui sono a conoscenza utilizza un simbolo multi-bit in stile livello di tensione così semplice, la matematica dietro i sistemi del mondo reale può diventare molto cattiva, ma il principio di base rimane lo stesso; se hai più di due possibili stati, puoi ottenere più bit per clock. Ethernet e ADSL sono i due sistemi elettrici più comuni che utilizzano questo tipo di codifica come qualsiasi altro sistema radio moderno. Come ha detto @ alex.forencich nella sua eccellente risposta il sistema che hai chiesto sul formato del segnale utilizzato 32-QAM (modulazione di ampiezza in quadratura), 32 diversi possibili simboli che significano 5 bit per simbolo trasmessi.
