用FPGA实现高效分组处理

技术分类: 可编程器件  | 2008-06-05
赛灵思公司CTO Ivo Bolsens: EDN China

  最近,我参加了斯坦福大学举办的一个非常有吸引力的Clean Slate因特网技术研讨会。研讨会的主题是重新创建因特网基础设施,以解决现有因特网的一些缺点,同时可以支持新的应用和服务。

  在视频、业务融合以及宽带接入部署等多媒体应用迅速增长的推动下,全球IP业务流量呈爆炸性增长。同时,IP数据网络业务呈现高动态特点,相对于电话语音服务来说,其需求变化很快,并且具有完全不同的特点。

  目前的IP骨干网设计中,核心路由器是通过静态电路直接相连的。这种静态链路意味着链路必须设计的非常保守,要能够处理峰值业务时的不确定性和链路故障。随着IP业务流量的增加,这种网络设计意味着需要更宽的链路和更大的路由器,而这两者实际上都无法以低成本实现扩展。此外,相关应用对网络基础设施的可靠性和安全性的需求不断增加,业已成为一项严峻挑战。

  网络虚拟化

  Clean Slate研究人员认为“网络虚拟化”将成为未来提供网络增值服务和提高网络健壮性的关键性技术。

  网络虚拟化提供了这样的能力,即可以在由多元化资源组成的同一物理基础设施之上创建多个不同的并发网络,从而实现远远超出现有分组路由和转发能力的功能。

  目前,传统网络采用了具有固定架构的结点。以查找表为指导,网络中的灵活性源于分组交换本身,还有相对缓慢的协议发展和结点软件升级。为了支持虚拟化和技术融合等概念,就需要在结点架构和协议定义方面更为灵活。因此针对广泛不同的应用,数据处理(无论是分组化还是其它形式)可以采用差异非常大的方式完成。为此类数据处理提供规则的协议也将会非常不同,需要更为动态的定义。

  从赛灵思公司的角度来看,FPGA技术的发展将会补充和支持未来网络的发展。许多人仅仅将PFGA看作ASIC的替代品,一旦编程后,器件就具有与固定逻辑硬件同样的特性。然而,目前FPGA可以提供与特定问题实例相匹配的灵活的“软”处理架构。

  例如,你可以每次都构建自己的网络处理单元(NPU),而不是采用固定架构解决方案(如ASSP或NPU,即使是采用多线程引擎或深度流水线并行数据路径)来解决问题。而且,软架构还可以随着时间演变来反映需求和使用情况的变化。

  今天的FPGA架构支持创建灵活的软分组处理架构,根据应用功能,可以配置为高度流水线并行数据路径或多线程微引擎网络。

  这些软处理架构根据当前应用可以支持存储器架构、不同的分组处理功能连接以及分组运算单元。这样,在FPGA器件内实现的分组处理功能在吞吐能力、功耗和成本方面至少可以超过NPU和ASSP一个量级。

  要做到这些,最重要的是编程工具要能够充分发挥FPGA的高度并行处理能力,从而可以从传统的硬件设计模式转向新的更灵活的协议实现模式。

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