使用瑞薩電子LLDRAM-III和FPGA技術(shù)實(shí)施參考設(shè)計(jì)，支持流量達(dá)到100Gb級

　　使用瑞薩電子LLDRAM-III和 FPGA技術(shù)實(shí)施的瑞薩電子數(shù)據(jù)包標(biāo)題搜索參考設(shè)計(jì)

　　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(jī)和服務(wù)器的數(shù)據(jù)包標(biāo)題搜索參考設(shè)計(jì)。

　　該瑞薩電子參考設(shè)計(jì)由LLDRAM-III (RMHE41A364AGBG)高功效、低延時(shí)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(biāo)準(zhǔn)DRAM存儲器的配置中所需設(shè)備的1/15，卻能實(shí)現(xiàn)100Gb流量的數(shù)據(jù)包標(biāo)題搜索功能，并將存儲器功耗降低60%。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)時(shí)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(dāng)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(biāo)題搜索參考設(shè)計(jì)。它采用了FPGA技術(shù)，可進(jìn)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(biāo)題搜索參考設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)：

　　(1) 僅消耗2瓦，相當(dāng)于40Gb流量的功耗，即可以100Gb流量進(jìn)行一百萬次或更多（注2）的數(shù)據(jù)包標(biāo)題搜索輸入

　　LLDRAM-III是瑞薩電子推出的一種高功效、低延時(shí)存儲器，支持每秒400兆次存?。ㄗx取或?qū)懭氩僮鳎瑐鬏?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(gè)LLDRAM-III設(shè)備每秒可以處理1.5億次數(shù)據(jù)包標(biāo)題搜索，達(dá)到100Gb以太網(wǎng)的要求。而使用傳統(tǒng)搜索算法（注3）和標(biāo)準(zhǔn)DRAM的配置進(jìn)行同樣的處理，則需要大約15個(gè)存儲設(shè)備，功耗大約為5瓦（注4）。該新型參考設(shè)計(jì)將存儲設(shè)備數(shù)量減少為單個(gè)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(gè)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(jì)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(dá)143位（注5）。在不修改搜索IP設(shè)計(jì)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(jìn)步實(shí)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(kuò)展到二百萬個(gè)甚至四百萬個(gè)。在使用143位的最大搜索關(guān)鍵字長度時(shí)，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(shí)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(jì)所需的開發(fā)時(shí)間縮短大約六個(gè)月

　　開發(fā)支持工具包括1) 一個(gè)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(jì)和驗(yàn)證所需的時(shí)間，2) 包括搜索IP的設(shè)計(jì)樣本，3) 完整的驗(yàn)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(jì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)，從而將開發(fā)周期時(shí)間大幅縮短約六個(gè)月（根據(jù)瑞薩電子的計(jì)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(biāo)題搜索參考設(shè)計(jì)。通過基于FPGA的這種新型搜索解決方案，可進(jìn)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。

　?。ㄗ?）在參考設(shè)計(jì)中測試的FPGA是來自Xilinx, Inc的Virtex UltraScale / Kintex UltraScale FPGA系列。

　?。ㄗ?）一個(gè)搜索條目由一個(gè)搜索關(guān)鍵字和一個(gè)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)目的地組成。

　?。ㄗ?）使用三個(gè)位圖來搜索（48位）MAC地址時(shí)。

　　（注4）根據(jù)瑞薩的計(jì)算結(jié)果。

　?。ㄗ?）只有當(dāng)搜索條目的數(shù)量設(shè)為一百萬個(gè)時(shí)，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(gè)時(shí)，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(gè)時(shí)，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。