Rozwój procesorów sieciowych

Procesory sieciowe, coraz częściej stosowane w sieciach komputerowych oraz komórkowych, podlegają ewolucji - jak każda technologia półprzewodnikowa.

Zachęcamy do skorzystania z bezpłatnej prenumeraty
elektronicznej magazynu Computerworld!

Procesory sieciowe, coraz częściej stosowane w sieciach komputerowych oraz komórkowych, podlegają ewolucji - jak każda technologia półprzewodnikowa.

Piotr Piotrowski netproc@interia.pl

Procesor sieciowy (Network Processor, NP) to specjalizowany układ o bardzo dużej skali integracji, stosowany przede wszystkim w sieciach komputerowych o szybkim transferze danych, takich jak: Fast, Gigabit, 10 Gigabit Ethernet, ATM i SONET. NP łączy zalety procesorów ogólnego przeznaczenia oraz układów specjalizowanych ASIC. Od układów uniwersalnych procesor sieciowy przejął możliwość wdrożenia lub/i modyfikacji programu swego działania, co zapewnia elastyczne i łatwe dopasowanie do zmieniających się protokołów oraz funkcji sieciowych, od układów ASIC - głównie większą szybkością działania w porównaniu ze standardowymi procesorami. NP przetwarza ruch sieciowy w obrębie prawie wszystkich warstw modelu odniesienia OSI, czyli od warstwy 2 do 7 włącznie, z przepustowością dochodzącą do 10 Gb/s (obecnie trwają prace nad masowym wdrożeniem procesorów sieciowych o przepustowości 40Gb/s i większej, rzędu Tb/s). NP klasyfikują i analizują protokoły sieciowe.

Wzrost mocy przetwarzania

Wzrost mocy przetwarzania procesorów sieciowych jest wywołany zapotrzebowaniem na coraz większą przepływność usług sieciowych. Przykładem mogą być wszelkie aplikacje związane z bezpieczeństwem sieci, wykorzystujące rozmaite czasochłonne algorytmy szyfrowania. Wymagania dużej wydajności układów procesorowych powodują:

  • Zwiększenie stopnia przetwarzania równoległego, przede wszystkim z powodu zwiększania się liczby jąder procesorowych implementowanych w strukturze pojedynczego NP. Rekordzistami w tym względzie są układy NP-1 i NP-2 firmy EZchip, które zawierają odpowiednio 64 i 128 podprocesorów, a także rozwiązania firmy ClearSpeed, w których łączna liczba elementów przetwarzających dochodzi nawet do tysiąca.

  • Zwiększenie liczby wykorzystywanych akceleratorów (w większości sprzętowych) - stosowanie koprocesorów oraz innych przyspieszaczy zmniejsza wypadkowy poziom programowalności układu, ale jest niezbędne do wydajnego wykonywania algorytmów: szyfrowania, klasyfikacji i innych. Pojedynczy procesor sieciowy współpracuje z akceleratorami, których jest nie więcej niż dwadzieścia. Pewnym wyjątkiem jest NP2G - układ firmy IBM - mający 60 sprzętowych koprocesorów.

  • Zwiększenie stopnia scalenia funkcjonalnego to skutek wymienionych powyżej czynników. Niezwykle ważne dla złożonych architektur procesorowych jest również zmniejszanie międzymodułowych opóźnień.

  • Zwiększenie zastosowań technologii 0,13 mikrona, wywodzącej się od procesorów ogólnego przeznaczenia, stosowanych w komputerach PC. Zapewnia mniejszą moc rozproszenia - napięcie zasilania równe 1,3 V i większą szybkość działania - częstotliwość taktowania powyżej 1 GHz. Jedne z pierwszych układów wykorzystujących podobną budowę struktur półprzewodnikowych to IQ2200 (Vitesse) oraz NPE10 (Internet Machines). Innymi przykładami mogą być IXP2800 (Intel), NP-1c (EZchip) - ostatni 0,11 mikrona.

  • Zwiększenie sprzedaży procesorów sieciowych pracujących z podstawową przepływnością 10 Gb/s (i więcej), takich jak: IXP2800 (Intel), nP7510(AMCC), NPE10 (Internet Machines), iPP (Silicon Access), NP-1 (EZchip), NP-2 (EZchip) - ostatni 40 Gb/s.

    Zwiększenie dostępności narzędzi programowania

    O jakości oprogramowania w znacznym stopniu decydują narzędzia służące do jego rozwoju. Ich rola jest szczególnie duża w wypadku bardziej skomplikowanych układowo NP, które wymagają większych nakładów na optymalizację kodu, pozwalającą wykorzystać ich bogate zasoby. Znaczenie narzędzi do tworzenia oprogramowania wzrasta z powodu powszechnej dostępności tanich i szybkich procesorów, będących punktem wyjścia dla wielu producentów. To przenosi ciężar w projektowaniu systemów mikroprocesorowych z zagadnień architektury na kwestię programowania, kluczową dla osiągnięcia konkurencyjnego produktu.

  • Dołącz do dyskusji
    Bądź pierwszy i zostaw komentarz.