網(wǎng)絡應用微處理器的演變
不同的市場相同的設計
內部CPU結構和微處理器外部連接的技術推動力,在以往一直是工作站、微機、服務器等主流計算裝置。通信是與計算機差別很大的一種應用,但微處理器結構尚未適應通信發(fā)展的需要。
目前的網(wǎng)絡設備中所使用的微處理器當初是為工作站設計的。事實上,絕大多數(shù)第一代聯(lián)網(wǎng)設備與工作站非常相似,只是具有不同的包裝和單一應用要求。在微機中,CPU與控制器層和I/O層或線路卡相連接。早期的路由器僅僅是具有網(wǎng)絡接口的計算機,該接口將來自物理層的電信號轉換成包數(shù)據(jù)。因此,微處理器負責執(zhí)行所有聯(lián)網(wǎng)功能,包括運行操作系統(tǒng)、管理網(wǎng)絡及決定包路由。
隨著網(wǎng)絡速度的增加和功能超越交換與路由選擇的范疇,此I/O層就需要更高的智能程度。在高線路速率下由處理器進行路由選擇的同時,發(fā)送每個包給處理器并執(zhí)行網(wǎng)絡作業(yè)已不再可能。CPU已經(jīng)超載,以ASIC或FPGA形式的特種電路被設計為協(xié)助微處理器完成包處理。此時,網(wǎng)絡設備內的處理已被分成控制平面和數(shù)據(jù)平面兩類,操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡應用駐留在控制平面內,數(shù)據(jù)平面負責包數(shù)據(jù)的分析和操作。
在現(xiàn)代網(wǎng)絡設備中,一個處理器用于運行操作功能,而其他分布式處理器則起著數(shù)據(jù)平面內的輔助作用。然而事實依然是,當前一代設備中使用的所有處理器均為針對計算機而非網(wǎng)絡應用而設計和優(yōu)化,這就使得系統(tǒng)設計者不得不在控制平面和數(shù)據(jù)平面內使用同類CPU和CPU互聯(lián)。此CPU設計在諸如OC-3和OC-12的較低線路速率下是高效率的。舉例來說,PMC-Sierra的RM7000微處理器,目前用于思科公司的7000系列路由器的數(shù)據(jù)路徑,以線速進行包處理。
盡管控制平面處理可由計算機式微處理器高效率地完成,OC-48及更高線路速率和不斷提高的包處理功能要求,在傳統(tǒng)微處理器的能力和數(shù)據(jù)平面的需求間造成差距,這種差距導致了稱為“網(wǎng)絡處理器”的新處理解決方案的問世。
圖形處理指明了方向
聯(lián)網(wǎng)用微處理器的演變與圖形行業(yè)中微處理器的演變是類似的。隨著顯示器要求更多的圖形功能且顯示分辨率按幾何級數(shù)增長,修改ASIC的速度就落后于形勢的要求。此時,為了提供更佳的圖形性能和滿足最新標準,人們推出了可編程圖形解決方案。當時通用型CPU被要求處理高速重復性比特水平作業(yè),這對于微處理器來說并非所長。此類解決方案最終在市場中落敗了,這是因為配備高速ASIC的快速CPU成本較低且速度更快。如此一來,新一代ASIC和軟件功能的標準化,就成了取代可編程圖形引擎的主要原因。
今天的通信市場面臨著類似情況。我們目前正處于網(wǎng)絡應用微處理器開發(fā)的第二個階段。鑒于每一代新的標準微處理器從開始設計到投放市場需要約三年時間,諸如網(wǎng)絡處理器等垂直的第三代CPU已經(jīng)在填補由目前的通用型微處理器造成的性能缺口。PMC-Sierra公司正在朝向第四階段邁進,在此階段,為適應聯(lián)網(wǎng)設備市場而得到修改的通用型微處理器與包處理的專用ASIC組合將會出現(xiàn)。
