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1、网络解决器芯片的国产化之路/1/9:2:08核心词： 解决器芯片 解决能力 商用网络 网络解决器芯片重要用于构建网络通信基本设施平台,对于位于网络通信终端节点的顾客来说，一般是透明而不可见的。因此，与通用CPU以及嵌入式CPU等大众电子消费密切有关的通用解决器芯片相比，网络解决器(etwor Procesr）芯片始终以来很少可以获得广泛的关注。 事实上，网络解决器广 泛应用于涉及路由器、互换机等各类网络核心设备中，它特定应用于网络通信领域的多种任务，例如报文解决、合同分析、路由查找、防火墙以及QS等。网络处理器芯片对于网络通信基本设施的重要性,阿尔卡特朗讯公司的Bsil Ala有一句话形容得很
2、贴切，“网络解决器是网络设备最主线的基因，它定义了路由器平台的能力、可扩展性以及面向将来演化的也许性1”。 国内外研制状况 通过近年的发展,网络解决器正逐渐替代网络通信设备中固定功能的AIC芯片,已成为构建网络通信系统的战略性核心器件。商用网络解决器市场在不断增长，而市场上网络解决器芯片产品则基本上来自国外厂商。 老式网络解决器按核心解决单元的不同可以分为两类,即基于微核的网络解决器(PU）以及基于通用CP核的网络解决器(GNP）,重要区别如表1所示。目前,典型商用网络解决器芯片涉及阿尔卡特朗讯的FP系列、rvel 公司的Xeeted系列2、EZhip的N系列3等。上述网络解决器一般采用多核多
3、线程、超流水等高档体系构造,运用功能部件定制优化、深亚微米集成电路设计等技术提高报文解决性能,其中多款网络解决器可以达到400Gps报文解决规定。 阿尔卡特朗讯公司的FP网络解决器集成共28个RISCore，主频可达1Gz，其中每3个Core为一种lte,共9个Clter。它采用多ipeli解决模型,F3的报文转发处 理能力高达00Gbps。与FP3类似，Mvell公司的HX4100网络解决器(原Xelert公司)也采用类似的多Pipeline解决 模型,通过集成数百个支持VLIW指令集的PIS(PacketIntrucion se comp)专用解决器核，也可实现00Gbps线速报文解决。值
4、得一提的是,HX10流水线间得ISC采用同步数据流体系构造,从而避免 了控制流模型中的指令有关性对性能的影响，可保证系统获得拟定性的解决性能。EZchp的P-5采用FuntionlPipelin解决模型，解决流程映射到4级面向任务优化的解决引擎，采用专用指令集，基于功能编程语言（FPL）开发，分组解决能力达到 24Gbps。上述芯片产品都属于基于微核的网络解决器，大多采用流水线方式组织，以提供极高的报文转发解决性能,在芯片功耗方面具有优势，重要缺陷是 一般仅支持微码编程,软件开发复杂困难。 Baom公司的XP II900网络解决器4集成了多达80个通用C核（nCP),具有三级Cache存储子系
5、统和4个DDR3内存控制器，采用并行解决架构，可提供60bps报文转发解决性能。通过集成安全加速引擎,其可支持高性能的加 密、认证以及深度报文检测等功能。avium公司的OCTEON III网络解决器5也采用并行架构，通过集成个64位MSP核和大量的加速引擎,可提供100Gp报文转发解决能力,并支持广泛的网络业务解决硬件加速。上述芯片产品都属于基于通用PU核的网 络解决器(GNP），面向支持多样化网络高层合同和业务解决设计，具有较强的可编程性,一般可以支持C/C+高档语言编程,并运营通用Linux操作系 统，从而为开发人员带来便捷。然而,集成度与功耗问题严重制约了GN的性能提高。 从国内来看,
6、华为、中兴等网络设备厂商以及国防科大等科研院所早已基于国外成熟网络解决器芯片设计了多款高性能路由器产品,并已经在国内外市场 上得到广泛应用。国防科大、西安电子科大以及清华大学等单位在国内也较早开展了网络解决器研制，获得了一定进展和技术积累，但与国外仍有一定差距,目前还 没有成熟的国产商用网络解决器芯片产品。随着国家战略层面对网络通信基本设施安全及自主创新能力的注重，作为构建网络通信设备的核心器件，网络解决器芯片的国产化将是一种必然。为了选择一条切实可行的网络解决器研制的技术途径，必须充足把握网络解决器研制所面临的挑战和技术发展趋势。研制挑战与技术趋势与通用P不同，网络解决器芯片研制一方面波及网
7、络通信、微电子、操作系统以及解决器体系构造等多种领域的技术，设计难度大;另一方面其解决性能必须可以匹配飞速增长的网络接口带宽需求，硬性规定高。因此,网络解决器芯片复杂度高、实现困难,其研制周期长,投入资金高昂，研发难度非常大,这也是国产商用高性能网络解决器迟迟未获得突破的重要因素。以思科公司为例,其PP网络解决器于9年开始设计,才在cisco的第一台集群路由器CRS中使用;而其在设计完毕的FP网络解决器前后共耗费1亿美金才研制成功，商用高性能网络解决器的研制难度可见一斑。 从技术发展趋势看,随着软件定义网络（Softwar Defid Netok,SN)、网络功能虚拟化(Netwrk ucti
8、irtalztin）等技术的浮现和发展,对网络通信设备的可编程性提出更高规定。不断演化的网络通信业务和合同也规定构建网络通信设备的核心器件必须可以易于编程开发，以期加快系统研制进度、减少开发成本并实现投资保护。基于通用CU核的网络解决器GP虽然提供高度的可编程性支持，然而在功耗及芯片集成度方面的天然劣势使其难以满足飞速增长的网络通信带宽的需求。 针对上述问题,Intel公司提出将来的通信解决平台应当以通用多核CP为核心,采用芯片组方式,从而在性能与可编程性间获得完美折衷。Intel的CtlForet通信解决平台6采 用双Xeon解决器作为分组解决的重要功能单元，通过集成片外QukAssis加速
9、器,将DPI、加解密以及解压缩等常用的分组解决功能卸载到 QuickAss加速器中。从软件层面看,QuickAssist通过提供加速器抽象层,隔离多种物理实体,从而容许上层软件都通过统一接口访问多样化的硬件加速器。虽然,Crystl Foes通信平台目前仅可以支持约00Gbps的流量的线速解决,与业界高性能网络解决器有一定差距，但是我们觉得nel提出的基于通用多核 PU的多芯片解决方案值得思考和借鉴。多芯片解决方案可以有效缓和对网络解决器芯片设计的性能压力,并在系统升级、部署方面提供更大的灵活性。在思科以 及阿尔卡特朗讯近来推出的高性能核心路由器中(例如思科CRS-3),高性能转发线卡都集成多
10、种解决芯片协同完毕分组转发解决业务。 国产化技术途径 在把握了网络解决器芯片研制挑战以及发展趋势的基本上,我们觉得基于国产通用多核CPU+可编程网络解决引擎（NP）的架构是网络解决器芯片 国产化一条现实可行的技术途径。事实上，网络解决器研制与高性能CPU及通用操作系统研制有诸多共性技术，例如高性能RIC核设计、片上网络、低延时高带宽的存储器接口、操作系统和编译系统等。以飞腾、龙芯为代表的国产通用多核U以及以麒麟为代表的国产操作系统在国家核高基等项目支持下已获得巨大突破，其有关成果已经在国家信息系统建设中发挥重要作用。因此，有效运用国产高性能CPU和操作系统的研究成果,并对其网络解决能力进行充足
11、挖潜，是缩短国产网络解决器芯片研制周期,减少研制成本和风险的有效途径。 然而，通用多核CPU重要面向通用计算领域设计,合用于计算密集型的应用。而网络解决器则重要面向网络解决领域设计,合用于访存密集型应用。如何提高通用CU的访存计算比(MC)是决定能否运用通用CP进行网络解决的核心。针对这一问题,国防科技大学课题组对网络解决器实现模型和途径进行 了进一步研究和摸索，提出应挣脱老式以多核软件为核心的实现模型，由可编程硬件(即E)定义网络报文的解决途径,并对性能敏感的功能进行硬化卸载，从而 有效减少通用多核CU软件的解决压力，实现系统性能提高。这种“硬件定义”的解决模型容许在不变化既有通用多核CPU
12、内部架构、不对其内部实现进行特定 优化的前提下，缩短网络解决器研制周期，减少研制成本，从而有效加速网络解决器芯片的国产化进程。总结 网络解决器芯片作为构建网络通信基本设施的核心器件，其国产化必须综合考虑芯片的设计复杂度和研制难度，精确把握技术发展趋势。我们觉得，国产通用多核CU与可编程网络解决引擎(E)相结合的体系构造是解决网络解决器“中国芯”的问题的一条但愿之路。参照文献: 1阿尔卡特朗讯3网络解决器R/OL, 2Marel Xeleraed网络解决器/OL， 3EZchipN-网络解决器R/O， adom XL900网络解决器R/OL， vucteon II网络解决器RL, 6TianTi
13、an,adr lousv.Intel下一代通信平台数据平面解决方案,.2OFweek电子工程网讯 谁是新一代网络的“网红”?答案无疑是5G。在不久前结束的MWC上海，成为其中最耀眼的标签，无论是国际大T,还是电信设备提供商,抑或是芯片或测试厂商，都祭出了最新的5G大招。随着“互联网”和“宽带中国”等国家战略的推动，老式互联网到移动互联网再到 “万物互联”的演进,11ac ave&2WLA的部署以及G的呼之欲出，新一代网络不断走向汇聚融合，带来的是不仅是对速率、成本及效率的提高,还将触发对网络架构的重构，置身其中的网络解决器和互换器芯片能否担此重任？ 新一代网络期待原力觉醒 5G的“美好”可用1
14、000的容量提高、0亿+的连接支持、GB/的最高速度、1m如下延迟等核心数值来体现。在WC上海众多厂商纷纷展示G有关业务，如无人驾驶汽车、虚拟现实场景等,均验证了5G在低时延、超高密度、超大容量等方面的优秀性能。在各方积极备战的助力下，5已然渐行渐近。为了满足5G网络可以随时随处接入网络的规定,对于G网络构建的重要指标是具有更好的灵活性以及拓展性，因而SD(软件定义网络）和NFV(网络功能虚拟化）将在G核心网中大行其道，核心网与接入网融合、网络功能重组等也将进一步应用。 而这只是驱动网络模型和技术“升华”的一种新引擎,在数据中心、公司网、园区网、中小公司网等层面,随着业务和需求的变化，网络的改
15、良升级亦是大势所趋。如数据中心作为面向应用的综合业务平台和将来云计算的核心基本架构，需求日益攀升,其网络设备以每年40%以上的速度增长，新一代数据中心对网络设备的互换架构提出了更全面、更苛刻的规定，涉及支持统一互换架构、大容量及可扩展性、转发性能、精细化服务质量控制(oS)等。 园区网亦是变化不断。随着业务的不断丰富,云计算的迅速发展,顾客移动化的场景也越来越多，OD逐渐成为潮流，对园区网提出了诸多新需求,如规定园区网可以具有端到端的网络质量保障能力,具有实时、灵活地辨别和保障特定业务的能力,可以灵活地适配业务需求等。在公司网层面,随着着的是大量公司核心业务IT化，公司客户对的投资更加活跃，大规模服务器集群、虚拟化、大数据等技术的成熟等,均对公司网提出了更高的业务规定。 可以说，融合汇聚的新一代网络已然呼之欲出,多种通信和网络业务将被高度融合,多种业务强调开放的接口以及灵活的配备和客户化能力，老式的网络
