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网络芯片的特性

发布者:管理员 日期:2021-10-23

网络芯片的两个基本特性是提供基于软件的灵活性和基于硬件的高性能性,为了达到这两个相互矛盾的目的,设计者需要想出新的思路和方法,同时根据实际问题找到二者的平衡点,否则,就不可能达到既具有高性能性又具有灵活性的目的,在这方面已经做了一些工作,总结出一些特性。

灵活性

  • 可编程:网络芯片的本质是它的可编程性,从而改变ASIC处理器灵活性差的弊端,这是通过提供界面友好的功能、强大的编程、调试和性能评价等软件环境来实现的,软件环境的好坏对能否快速开发出高性能的产品具有重要的意义。
  • 模块化的设计:网络芯片体系结构应该应用不同的策略和多级模块。根本的想法是通过运用连接技术把具有可编程的网络芯片部件连接来执行它们最合适的任务,从而达到高性能和可扩展性。它的另一个好处是网络设备商可把模块运用在他们所有的产品中。产品的灵活性是通过这些模块的不同组合来实现的。模块化设计的主要问题是要能够定义出功能分配合理、便于实现、接口清晰的模块。把软硬件的界面定义清楚,常用的基本的功能用硬件来实现,而变化的部分用软件来实现,但要找到平衡点也很困难。
  • 产品价格合适:因为NP是可编程的,可以通过更换软件来快速灵活地适应市场的需求和变化。由于增加新的功能,只需要在软件上增加新的功能模块,不需更换整个芯片,所以在更新或增加新的功能时,保护了投资者的利益。

高性能

高性能保障除了提高硬件速度外,主要包括采用先进的计算机体系结构的方法和采取与网络芯片主要以快速转发分组为目的的特性相适应的措施来得到,下面是网络芯片在保证高性能方面常采用的措施。
  • 专用的指令集:网络芯片要有专门为网络和通信而设计的指令,从而更容易实现在信息交换中要求对位、字节、字和长字的操作以及为达到更快和更有效地传输分组所需要的其它指令。
  • Risc指令及流水线的应用:由于Risc指令一般都能在一个时钟周期内完成,它是面向寄存器结构的且十分重视流水线的执行效率。而网络芯片也需要大量的寄存器来加快诸如路由表的查找,所以在网络芯片中非常合适应用Risc指令。
  • 程序的并行性:网络芯片体系结构中的一个关键特性是并行处理,分组传递本质上是一个并行的任务,因为每个分组都有各自的头部和数据部分,所以并行是网络芯片一个非常重要的设计思想。许多网络芯片都包括可并行的微处理器,并且每个微处理器再被划分为可并行执行的多个线程。
  • 内存的快速访问和高带宽的总线:内存是网络芯片的一个瓶颈,而IntelIxp1200系统的主要瓶颈在DRAM,如果能够提高内存的速度,则在性能上至少可以提高26%。所以加快内存的访问速度也是网络芯片很重要的一项措施,总线是各个单元相互通信的公共通道,能否提供高带宽的总线也直接影响这个处理器的性能。
  • 可扩展性:可扩展性是网络芯片的一个重要性能参数,包括规模的扩充和功能的扩充两个方面,在设计时要充分考虑,以便体系结构适应将来在规模和功能方面的扩充。
  • 快速的路由表查找:提高路由器查表速度是处理器的另一个重要内容,可采用四个方面的技术。
    • 是面向硬件的技术:对于较小的路由表可以采用高速缓存方式,以有效提高查表速度。另外,增大存储器用于路由查表的数量,设计并行算法进行查找,可以减少存储器访问次数,也能提高其速度,缺点是路由表更新困难。
    • 是表压缩技术:通过算法将较大的路由表压缩变小,建立更复杂、紧缩的数据结构,然后存入高速缓存。
    • 是Hashing技术:建立一种函数映射,根据几位目标地址映射出路由表入口。由于前缀待定,须由算法反复试匹配,或为每个前缀建立hash表。
    • 避免路由表查找。主要是将IP技术与ATM技术相结合,已经提出来的技术有IPswitch、TAGswitch MPLS等,可以有效地达到这一目的。在IXP1200中提供硬件支持的hash操作,可用来提高路由表的查找速度。
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