使用瑞薩電子LLDRAM-III和FPGA技術(shù)實施參考設(shè)計,，支持流量達到100Gb級
使用瑞薩電子LLDRAM-III和 FPGA技術(shù)實施的瑞薩電子數(shù)據(jù)包標題搜索參考設(shè)計
2016年6月30日，日本東京訊——全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商瑞薩電子株式會社（TSE：6723）今日宣布推出一種面向100Gb通信設(shè)備,，如路由器,、交換機和服務(wù)器的數(shù)據(jù)包標題搜索參考設(shè)計。
該瑞薩電子參考設(shè)計由LLDRAM-III (RMHE41A364AGBG)高功效,、低延時存儲器(LLDRAM),、專有精確匹配搜索IP和FPGA（注1）設(shè)備上的LLDRAM-III控制器IP，以及開發(fā)支持工具組成,。它使用的存儲設(shè)備數(shù)量僅為采用標準DRAM存儲器的配置中所需設(shè)備的1/15,，卻能實現(xiàn)100Gb流量的數(shù)據(jù)包標題搜索功能，并將存儲器功耗降低60%,。
隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)時代的到來和連接設(shè)備所接收和發(fā)送數(shù)據(jù)量的快速增加,，提高網(wǎng)絡(luò)速度已成為當務(wù)之急。尤其是有更多的數(shù)據(jù)中心將其流量速度從40Gb切換至100Gb,，以支持不斷增加的數(shù)據(jù)量和搜索條目數(shù)量,。但是,，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的速度通常會導(dǎo)致功耗增加，產(chǎn)生設(shè)備包溫度和電力成本等問題,。此外,，SDN和NFV的廣泛應(yīng)用要求頻繁通過軟件修改網(wǎng)絡(luò)配置，而且需要使用支持靈活重新配置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,。在這一背景下,，瑞薩電子開發(fā)了高功效、可處理高速流量的數(shù)據(jù)包標題搜索參考設(shè)計,。它采用了FPGA技術(shù),，可進行靈活的網(wǎng)絡(luò)配置，并擁有可存儲一百萬或更多搜索條目的LLDRAM-III存儲器,。
數(shù)據(jù)包標題搜索參考設(shè)計的主要特點：
(1) 僅消耗2瓦,，相當于40Gb流量的功耗，即可以100Gb流量進行一百萬次或更多（注2）的數(shù)據(jù)包標題搜索輸入
LLDRAM-III是瑞薩電子推出的一種高功效,、低延時存儲器,，支持每秒400兆次存取（讀取或?qū)懭氩僮鳎?，傳?7.6 Gb數(shù)據(jù)所需的功率僅為2瓦或更低,。將該存儲器與瑞薩電子新開發(fā)的搜索算法相結(jié)合，使用單個LLDRAM-III設(shè)備每秒可以處理1.5億次數(shù)據(jù)包標題搜索,，達到100Gb以太網(wǎng)的要求,。而使用傳統(tǒng)搜索算法（注3）和標準DRAM的配置進行同樣的處理，則需要大約15個存儲設(shè)備,，功耗大約為5瓦（注4）,。該新型參考設(shè)計將存儲設(shè)備數(shù)量減少為單個LLDRAM-III存儲器，并將存儲器功耗降低60%,。這樣能夠?qū)⒋鎯ζ靼惭b面積和存儲器與FPGA之間的信號線數(shù)量均減少90%,，因此可以使用一個少管腳的FPGA配置系統(tǒng)并有助于降低整體成本。
(2) 靈活的搜索關(guān)鍵字長度功能,，無需改動搜索IP設(shè)計即可適應(yīng)新通信協(xié)議
精確匹配的搜索IP可靈活改變搜索關(guān)鍵字長度,，以1位為單位，最多可達143位（注5）,。在不修改搜索IP設(shè)計的情況下,，不僅能適應(yīng)常規(guī)的MAC地址搜索，還能適應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)進步實現(xiàn)的新通信協(xié)議,。此外,，可通過指定更短的最大搜索關(guān)鍵字（注6）長度，將搜索條目的數(shù)量擴展到二百萬個甚至四百萬個,。在使用143位的最大搜索關(guān)鍵字長度時,，還可通過劃分搜索結(jié)果所附加的搜索關(guān)鍵字區(qū)域和數(shù)據(jù)包處理規(guī)則區(qū)域,，支持同時輸出搜索結(jié)果和數(shù)據(jù)包處理規(guī)則。
搜索關(guān)鍵字長度可靈活設(shè)置,，從而支持使用網(wǎng)絡(luò)虛擬化的新協(xié)議,。
通過劃分搜索關(guān)鍵字使用的部分，簡化搜索后數(shù)據(jù)包處理,。
(3) 完全集成的參考設(shè)備工具包可將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計所需的開發(fā)時間縮短大約六個月
開發(fā)支持工具包括1) 一個參考板,，在FPGA和LLDRAM-III之間具有成熟的互操作性,，從而節(jié)省設(shè)計和驗證所需的時間,，2) 包括搜索IP的設(shè)計樣本，3) 完整的驗證環(huán)境,，4) 完整的評估環(huán)境,。借助這些工具，用戶可以同步啟動FPGA子系統(tǒng)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計,，從而將開發(fā)周期時間大幅縮短約六個月（根據(jù)瑞薩電子的計算結(jié)果）,。
瑞薩電子為數(shù)據(jù)中心和骨干通信網(wǎng)絡(luò)外部通信接口所使用的200Gb級別復(fù)雜通信處理提供NSE(https://www.renesas.com/en-hq/about/press-center/news/2015/news20150427.html)。對于100Gb及以下的通信處理,，在擁有大量端口的數(shù)據(jù)中心內(nèi)的應(yīng)用程序中,，瑞薩電子提供由LLDRAM-III和FPGA組成的數(shù)據(jù)包標題搜索參考設(shè)計。通過基于FPGA的這種新型搜索解決方案,，可進行靈活的通信,，并為快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供支持，瑞薩電子通過開發(fā)新的解決方案,，繼續(xù)履行其對通信市場的承諾,。
（注1）在參考設(shè)計中測試的FPGA是來自Xilinx, Inc的Virtex UltraScale / Kintex UltraScale FPGA系列,。
?。ㄗ?）一個搜索條目由一個搜索關(guān)鍵字和一個數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)目的地組成。
?。ㄗ?）使用三個位圖來搜索（48位）MAC地址時,。
（注4）根據(jù)瑞薩的計算結(jié)果,。
?。ㄗ?）只有當搜索條目的數(shù)量設(shè)為一百萬個時，才支持143位的搜索關(guān)鍵字長度,。搜索條目數(shù)量為二百萬個時,，最大搜索關(guān)鍵字長度為71位；搜索條目數(shù)量為四百萬個時,，最大搜索關(guān)鍵字長度為35位,。
?。ㄗ?）搜索關(guān)鍵字是一種具有規(guī)定位寬度的數(shù)據(jù)單位，用于數(shù)據(jù)包識別,。