如果网络芯片用上可编程技术,那将会怎样?

2018-01-02 13:08:28 来源:企业网
标签:

 

网络是数据中心里的交通枢纽,连接着所有运行应用业务的设备。没有网络,也就没有数据中心,没有互联网的今天,网络在数据中心里发挥着非常关键的作用,所以网络技术一直是热点,在不断发展进化着,其中就包含可编程技术。可编程技术在各行各业中都有广泛应用,同样在网络世界里也很普遍。这种技术在芯片上实现各硬件单元都不是固定的,可由用户在使用中选择,即通过计算机指令来选择不同的通道和不同的电路功能,称为编程控制,这给使用者提供了极大的灵活性。

 

比如:处理器、FPGA、CPLD、DSP,这四种都是可编程芯片。其中处理器是个大类,包含各种位数的单片机、电脑的CPU、以及ARM的一系列手机用芯片,还有复合芯片,比如一些是单片机+无线功能的芯片,如带单片机内核中的蓝牙芯片。一些可简单编程芯片,比如时钟芯片,你可以设置它到特定时间点时某个管脚电平高低,或者是数字温度芯片输出温度格式以华氏度输出,这些芯片在网络设备中应用很广,网络设备的CPU处理器可以实现各种复杂的网络协议处理,FPGA可以将转发表项扩展到很大,满足高规格的网络环境使用,网络设备通过这些可编程芯片,实现了很多特殊网络流量的转发。

 

网络设备的硬件内部一般由CPU、内存、Flash、转发芯片、FPGA、EEPROM等芯片组成,这些大部分都是可编程芯片,可有没有人注意到其实转发芯片绝大部分都不是可编程芯片,无论是路由器中采用的NP,还是交换机中采用的Switch Chip,都不是可编程芯片。这些芯片的硬件转发逻辑已经设计好,无法通过调整软件参数去更改,软件设置的只是让这些功能模块可以运转起来,但绝不可以调整它们的处理顺序,而且软件设置的范围都是提前预定好的。比如我们需要在交换机上实现入方向上的报文过滤,这样就需要在转发芯片入方向下发一些ACL过滤规则。在一些商用转发芯片上,这些ACL过滤规则固定下发在转发模块之后,如果进入芯片的是三层转发流量,此时下发的ACL过滤规则匹配的就是三层转发之后的报文,此时报文MAC已经发生了替换,下发的ACL规则只能匹配转发之后的报文特征,这就是不能可编程实现的局限性。一个报文进入转发芯片,从入端口检查,到查找转发表项,再到出口,这中间要经过几十个功能模块的处理,有修改报文优先级的,有修改报文VLAN TAG的,有做队列调度的,有做路由策略的等等,这些功能模块都是按照固定顺序来对报文处理的,灵活性比较差,常常会遇到不少实现上的限制,若能实现网络芯片可编程将可以很好解决这些问题。

 

当然,网络芯片和其它芯片不同,芯片要承担大量的数据流量转发,这些数据远远大于CPU、内存以及Flash这些器件的数据,这就要求芯片硬件处理逻辑要尽可能地简单,否则转发效率都成问题,延迟是网络设备一个重要的考核指标,这使得网络芯片要尽可能做到简单。使用者只要做选择就可以,将参数输入芯片,芯片就可以按照制定的数据来转发,所以多年以来,转发芯片都是不能编程的,网络发展也好好的。随着云计算、大数据和虚拟化技术的出现,这给网络带来的冲击是最大的,网络固定的转发模式无法适应这些年新技术的应用,在这些新技术面前,网络部分显得相形见绌,是到了该要改变的时刻了。

 

三年前,一家专做SDN芯片的公司成立,叫Barefoot Networks,Barefoot Networks从事开源可编程网络芯片的设计和研究,Barefoot Networks的芯片Tofino是一种可编程芯片,可实现高达6.5 Tbps处理速度,用户或网络供应商可以利用P4编程语言来定制白盒解决方案或固定配置产品,这样用户可以在数周内部署新协议,而不需要新版本的芯片来支持,具有极大的灵活性。现在很多网络需求,听到最多的就是芯片限制实现不了,只能换更高级的芯片设备,有了可编程芯片的设备就不同了,可以根据客户需求,通过软件对网络设备进行重新设计都可以实现,不用再去更换硬件,刷新软件就可以解决。今年6月,Broadcom也发布了可编程网络商用芯片Trident 3系列,虽然处理速度只有Tofino的一半3.2Tbps,但Broadcom控制了整个网络芯片市场的90%左右,其垄断地位决定了Trident 3芯片一定会得到很多使用者的追捧,网络设备进入了可编程时代。现在的网络设备,快和手机行业一样了,使用三年基本就不能再满足业务发展需要了,使用五年基本成古董了,这给数据中心带来了很大成本压力,数据中心要不断增加设备采购,同时淘汰更多的老旧设备,说是老旧也不过就两三年。如果网络设备具有可编程性,就可以通过重新编程来满足未来需求,同时继续大力降低网络设备使用的成本和功耗。

 

由此可见,网络芯片进入了可编程时代,这就增强网络部分的灵活性,更加适应未来业务发展需要。这种可编程能力与软件定义SDN还有些区别,可编程能力指的是通过基于脚本的编程灵活实现各种网络协议功能,SDN则是通过控制器向网络设备下发转发流表,实现流量转发,流表实现只是网络设备功能的一部分,网络设备还有ACL过滤、路由策略、修改报文内容、队列调度等丰富的网络功能,这些通过SDN都无法实现,通过可编程技术则可以很好实现。未来,若是某项网络功能满足不了,又说是芯片限制,就要考虑下这个说法的真实性了,芯片的可编程能力极大地扩展了网络处理的灵活性,可适应各种复杂网络场景的应用,即便有限制也会很少。

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
在即将到来的5G时代,芯片研发有哪些难点?
在即将到来的5G时代,芯片研发有哪些难点?

如今,5G和数据中心市场非常火热,众多企业纷纷入局,并针对5G进行布局并推出新产品。MACOM也紧跟市场趋势,加速布局芯片测试、相关配套方案等技术。而本次深圳CIOE光博会上,MACOM光波事业部的高级总监及亚洲首席科学家莫今瑜博士,为OFweek光通讯网介绍了MACOM的优势、布局及行业发展的痛点。

高云半导体新增两款小尺寸集成大容量DRAM的FPGA产品

中国广州,2018年9月17日,广东高云半导体科技股份有限公司(以下简称“高云半导体”)今日宣布,高云半导体小蜜蜂家族新增两款集成大容量DRAM的FPGA芯片,分别是GW1NR-LV4MG81 与 GW1NSR-LX2CQN48,其设计的初衷是实现低功率、小封装尺寸和低成本等特性。

2018中国AI计算力报告发布,北京第二,谁是第一?
2018中国AI计算力报告发布,北京第二,谁是第一?

今天上午,浪潮公司联合IDC在2018中国人工智能计算大会上发布了《2018中国AI计算力发展报告》(以下简称《报告》)。报告通过对AI计算力发展的综合评估,清晰呈现AI产业发展趋势、行业现状和典型的应用。

一个Lattice实习生的内心读白

首先,介绍一下我的个人背景。本科毕业于江苏省某普通一本院校,期间因为参加过一些竞赛,也获得一些奖项,然后被保送到上海某211高校继续攻读硕士研究生。对于FPGA,说会也不算是会,说不会吧,也了解那么一些东西。

华为用云打造的这块“黑土地”到底有何不同?

区别于传统云计算只建立简单的信息化、数字化,华为城市产业云要帮政府打造的是一块能支撑产业发展的“黑土地”。

更多资讯
FPGA设计要点大汇总,你都注意到了吗?

FPGA的用处比我们平时想象的用处更广泛,原因在于其中集成的模块种类更多,而不仅仅是原来的简单逻辑单元(LE)。

基于FPGA的简易电压表设计

传统的数字电压表设计通常以大规模ASIC(专用集成电路)为核心器件,并辅以少量中规模集成电路及显示器件构成。这种电压表的设计简单、精确度高,但是由于采用了ASIC器件使得它欠缺灵活性,其系统功能固定,难以更新扩展。

FPGA学习技巧分享

在学习一门技术之前我们往往从它的编程语言入手,比如学习单片机时,我们往往从汇编或者C语言入门。

FPGA工作原理与简介

如前所述,FPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的,即解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。

基于FPGA的自动温度采集控制系统设计

随着当前工业控制自动化日益普及,对于工作环境中的温度控制也越来越重要。本设计即是针对某些需要持续恒温的特殊环境而设计的自动温度采集控制系统。该系统采用FPGA作为硬件核心部分,有效地利用FPGA在可编程门阵列方面的优点

Moore8直播课堂
电路方案