網(wǎng)絡(luò)處理器
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如果你問Intel和AMD宣布的1GHz以上的PC處理器會(huì)用到哪里，那就讓我告訴你最熱的領(lǐng)域是網(wǎng)絡(luò)和通信。5年以來，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度每年翻一番，再快的處理器都不愁沒地方用。
本文引用地址：http://2s4d.com/article/2811.htm由于有了光纖，傳輸媒介的速度已不成問題。但是，信息包(packet，在ATM中稱為信元，即cell) 通過路由器和交換機(jī)時(shí)，對(duì)包處理的最低要求是確定每一個(gè)包的下一個(gè)目的地，在龐大的路由表中找到它的IP(Internet Protocol)地址，然后轉(zhuǎn)發(fā)出去，而這一切必須在下一個(gè)包到達(dá)之前做完。障礙就出現(xiàn)在這里。
為了應(yīng)付日益繁忙的信息流，網(wǎng)絡(luò)的速度在幾年前是155Mb/s（SONET的OC-3標(biāo)準(zhǔn)），而現(xiàn)在已經(jīng)到10Gb/s(OC-192)，2～3年內(nèi)又會(huì)提高到40Gb/s(OC-768)。
當(dāng)速度比較慢時(shí)，通用的處理器完全趕得上數(shù)據(jù)流，因此并不需要專門的網(wǎng)絡(luò)處理器(network processor)。后來，通用處理器不夠快了，設(shè)計(jì)者就轉(zhuǎn)向ASIC(專用集成電路)。
ASIC在完成規(guī)定的處理工作方面是非常卓越的，但它有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是開發(fā)的周期太長(zhǎng)，復(fù)雜的ASIC要18個(gè)月到2年時(shí)間。路由器或交換機(jī)要增加新的功能，制造商需要等待的時(shí)間太長(zhǎng)；第二，ASIC不是可編程的，要修改就必須經(jīng)歷一個(gè)設(shè)計(jì)和制造的周期，適應(yīng)不了當(dāng)今越來越短的產(chǎn)品開發(fā)周期。
直到1999年，還很少有人知道一種專門處理包的處理器，即網(wǎng)絡(luò)處理器。它同通用的處理器的不同之處在于：網(wǎng)絡(luò)處理器是為優(yōu)化包處理而設(shè)計(jì)的，它將包以其到達(dá)的速度(即線速)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn);而通用處理器則要處理范圍很大的各種指令。另外，如果需要新的功能或新的標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)處理器可通過編程來實(shí)現(xiàn)，以滿足各種各樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)處理器的計(jì)算能力的需求，不單取決于數(shù)據(jù)速率，還同如何處理這些數(shù)據(jù)有關(guān)。其中最簡(jiǎn)單的工作是根據(jù)包頭部的信息確定將包送到哪里，按照ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織）的OSI（互連開放系統(tǒng)）的７層協(xié)議模型，以上所說的地址解析和路由屬于第2層到第4層。
更復(fù)雜的處理，例如按用途的計(jì)費(fèi)和負(fù)荷平衡等，要求處理器分析包負(fù)荷的內(nèi)容，涉及同應(yīng)用程序有關(guān)的數(shù)據(jù)管理和處理。例如，按用途的計(jì)費(fèi)需要收集用戶的信息，以處理帳單和對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，處理器的工作包括監(jiān)視登錄以識(shí)別用戶，檢出登錄信息，然后匹配用戶的文件和收費(fèi)政策表，并在負(fù)荷中找出關(guān)鍵字，這就屬于OSI的第５到第７層協(xié)議了。
網(wǎng)絡(luò)處理器還剛剛在市場(chǎng)上露頭，只有Intel的IXP1200和MMC(www.mmcnet.com)的用于1Gb/s以太網(wǎng)的nP7120建立了生產(chǎn)線。另有兩種用于OC-48（2.5Gb/s）的網(wǎng)絡(luò)處理器,即Vitesse(www.vitesse.com)的１Gb/s以太網(wǎng)處理器IQ2000和IBM的PowerNP NP4GS3，以及Agere Systems(www.agere.com)的Payload Plus在2000年第四季度投產(chǎn)，因此去年只有少量的網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)品在市場(chǎng)出售。
有三家公司正在設(shè)計(jì)和開發(fā)用于10Gb/s和全部7層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)處理器，即Xstream Logic(www.xstreamlogic.com)的動(dòng)態(tài)多線程(DMS)處理器核，一家以色列的公司Ezchip(www.ezchip.com)的NP-1，和Lexra(www.lexra.com)公司的NetVortex。
Lexra公司既不生產(chǎn)也不銷售以NetVortex為基礎(chǔ)的片子，而是將NetVortex的知識(shí)產(chǎn)權(quán)出售給客戶，讓他們把NetVortex同他們自己的電路集成到更大的網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)中，以適應(yīng)性能和價(jià)格的目標(biāo)。
NetVortex結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是Lexra公司的LX8000包處理核，這是一種32-bit的MIPS3000精減指令處理器(RISC)。16個(gè)LX8000可以通過高速總線相連接，形成一個(gè)多處理器系統(tǒng)，用這樣的結(jié)構(gòu)組成的原型系統(tǒng)可在10Gb/s速率下執(zhí)行全部的７層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，有的用戶甚至用到OC-768(40Gb/s)。
在10Gb/s速率下執(zhí)行７層協(xié)議的處理可不是一件輕而易舉的事，在這種情況下，64Byte的包的處理時(shí)間只有12個(gè)時(shí)鐘周期，這是很緊張的。
Ezchip公司把10Gb/s網(wǎng)絡(luò)處理器的功能劃分為四，對(duì)每一種功能優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種處理器核，組成四級(jí)流水線。 NP-1一共有64個(gè)核，每一級(jí)流水線都有一些適當(dāng)?shù)奶幚砥骱恕?/font>
NP-1的數(shù)據(jù)的寬度256～512bit，而不是通用處理器用的32或64bit。
然而，在OSI的高層處理包時(shí)，涉及持續(xù)地包存取和查找表搜索，所以即使有這樣高度優(yōu)化的處理器結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器訪問仍然是一個(gè)瓶頸。對(duì)于10Gb/s的處理器，需要500Gb/s的存儲(chǔ)帶寬和至少128MB的容量。因此Ezchip設(shè)計(jì)了高帶寬的幾兆字節(jié)片內(nèi)動(dòng)態(tài)RAM，和大容量的片外雙倍速DRAM。Ezchip還有一種專利的高速搜索方法，使得從存儲(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)的時(shí)間減少約2/3。
Ezchip原定于2001年2月推出它的NP-1，現(xiàn)已延遲到2001年6月，大量生產(chǎn)則要到2002年的上半年。2000年11月，IBM和Ezchip宣布，IBM將要用其0.18mm的ASIC技術(shù)生產(chǎn)NP-1樣機(jī)，在批量生產(chǎn)時(shí)，改用0.12mm的銅互連技術(shù)。
同Ezchip建立一種新的結(jié)構(gòu)的做法不同，Xstream采用類似MIPS的結(jié)構(gòu)。MIPS是在八十年代早期由斯坦福大學(xué)開發(fā)的處理器，它的指令集已相當(dāng)普遍地用于現(xiàn)在的路由器、交換機(jī)之中，人們已經(jīng)熟悉了MIPS指令，而且有許多開發(fā)工具可供采用，Xstream采用MIPS著眼點(diǎn)就在于MIPS指令已經(jīng)為通信行業(yè)的設(shè)計(jì)者所普遍地接受這一點(diǎn)。
但是，與通用的微處理器不同，網(wǎng)絡(luò)處理器要求在OC-192的速率下執(zhí)行復(fù)雜的OSI七層協(xié)議。為此Xstream開發(fā)了動(dòng)態(tài)多線程（Dynamic Multi Streaming，DMS) 處理核和智能包管理單元 （intelligent Packet Management Unit，PMU）。
DMS使用戶可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)安排8個(gè)線程，每個(gè)線程可以有４個(gè)指令。在這32個(gè)指令中，DMS保證在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)有至少６個(gè)指令同時(shí)執(zhí)行，即IPC(Instruction Per Clock)>6，而PowerPC或Pentium的IPC僅稍大于1。PMU的工作則是把包存入存儲(chǔ)器，或由存儲(chǔ)器取出交給處理器，以最大限度地減輕處理器的負(fù)擔(dān)。
網(wǎng)絡(luò)處理器正在得到一些大的半導(dǎo)體公司的注意，它們紛紛收購(gòu)有專長(zhǎng)的小企業(yè)。Vitesse在去年并購(gòu)了Sitera(www.sitera.com)，一家開發(fā)了Prisma網(wǎng)絡(luò)處理器的小公司。Broadcom(www.broadcom. Com)在2000年12月以20億美元的巨資購(gòu)買了從事網(wǎng)絡(luò)處理器合成的公司SiByte（www.sibyte.com，其網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)品為Mercurian SB-1250）。Lucent Microelectronics 先是在去年春購(gòu)入了Agere(www.agere.com)，開發(fā)其Payload Plus，繼之將其微電子業(yè)務(wù)連同Payload Plus和在一起成立一個(gè)新公司，名字仍叫Agere Systems。
Motorola把C-Port 公司(www.cportcorp.com)的C-5處理器(由公司開發(fā))其它通信和數(shù)字處理技術(shù)第三方的軟件以及開發(fā)工具合成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)平臺(tái)。這樣，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的制造公司如Cisco、Ericsson和Nortel就可以把Motorola的處理器同第三方的軟件混合使用在它們的產(chǎn)品中，而不是樣樣都由這些公司自己設(shè)計(jì)。
有人估計(jì)，網(wǎng)絡(luò)處理器的產(chǎn)值將以每年60%的速度急速增長(zhǎng)，到2004年達(dá)到29億美元。到那時(shí)，網(wǎng)絡(luò)處理器將出現(xiàn)在幾乎每一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之中。■
評(píng)論