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可编程交换机芯片简化网络设计 - 全文

时间:2022-06-07 03:06  作者:admin  来源:未知  查看:  
内容摘要:MarTIn Izzard和80位同事们想要颠覆数十亿美元的网络硬件产业游戏规则。他们希望即将推出的芯片能成为实现这一愿景的策略契机... Izzard是Barefoot Networks的执行长,这家微处理器市场上极其少见的新创公司目前已募集了1.3亿美元的庞大资金,其中包括Google...

  MarTIn Izzard和80位同事们想要颠覆数十亿美元的网络硬件产业游戏规则。他们希望即将推出的芯片能成为实现这一愿景的策略契机...

  Izzard是Barefoot Networks的执行长,这家微处理器市场上极其少见的新创公司目前已募集了1.3亿美元的庞大资金,其中包括Google、高盛(Goldman Sachs)和惠普企业(HPE)等策略性支持者。其Tofino芯片的目标是透过其参与开发的新型开放源码语言P4,让复杂的网络编程任务变得像写C++程序代码一样容易。

  软件定义网络(SDN)正成为未来的发展趋势,而Barefoot就处于这一趋势的最前端。SDN代表试图打破目前一蜂窝地竞争态势,它包括专有的API、协议和ASIC。

  该芯片和软件将用于包括思科(Cisco)、爱立信(Ericsson)、华为(Huawei)、瞻博网络(Juniper)和诺基亚(Nokia)等巨擘的系统中,其目标是在以高级语言编写控制的标准计算机服务器上执行这些系统的大部份任务。

  透过服务器管理网络其实很难。但相较于数据层通常以10-100Gbit/s的速度实时进行切换和路由,SDN的控制层在复杂程度和快速移动性方面都还有一定的差距。而这正是Barefoot希望其芯片和P4能有机会大显身手的领域。

  「我们认为这是个独特的想法,而且硅谷的金融市场已经验证过了,」Izzard说。透过与Google、高盛、HPE和其它OEM合作,「我们握有可迅速为大规模Web级数据中心和企业用户扩张其业务的大型潜在客户。」Izzard曾任职德州仪器(TI),协助大型网络OEM开发其ASIC。

  Barefoot不久前才完成其最新一轮的5,700万美元融资,预计在今年底前就能为多家客户提供样片,其中一些客户已经开始系统设计了。「我们预计会在2017年中期投入量产,目前手中握有的资金钱充份,而且已有多家客户对此深感兴趣,」他说。

  「我认为P4应该提供OpenFlow应该有的东西——OpenFlow曾被期许能提供高度可配置的流水线,但它却受限于传统协议和硅晶发展,」Wheeler说。

  「P4采用完美的设计途径,产生一个具成长空间的SDN数据层,」Wheeler说。「该市场能多快起飞,将取决于亚马逊(Amazon)、Facebook、Google和微软(Microsoft)等超大规模的营运商,」他补充说。

  在一份宣布Barefoot成立的新闻稿中,来自中国的华为和腾讯(Tencent)及其它企业的高层主管们都看好Barefoot的概念。

  「LinkedIn新一代数据中心设计的关键组件之一是一种可编程的网络结构,我们很高兴Tofino和P4有望成为这一愿景的建构模块,」LinkedIn首席工程师Yuval Bachar表示。

  透过掌握P4的进展状况,就能了解Barefoot的芯片和整个SDN如何运作。

  今年稍早,AT&T在Juniper的系统上采用P4,约花费30天时间即能以仅78行程序代码创建概念验证。美国Comcast和韩国的两家主要的电信运营商都是P4组织的成员(现共40多家)。

  Netronome(收购了英特尔的IXP网络处理器)是看好P4的支持者之一。它展示了即将投产用于其网络适配器执行P4的开发工具包,同时,P4组织也仍在改善其编译程序规格。

  「P4的特性组合十分利于打造量产解决方案......预计明年就能看到一些P4的部署,」Netronome数据中心策略总经理Sujal Das说。「我们有三家大型营运商和云端服务供货商客户采用我们的硬件和工具,以P4进行早期的概念验证;还有三家大型OEM使用我们的工具开发数据层,」他说。

  P4自三年前发布以来,该组织已有40家支持者 (来源:Netronome)

  为了扶植P4的工作,Netronome最近启用了一个专门用于加快基于服务器SDN的实验室,并举办了一系列的专题网络研讨会。

  开放网络功能处理(Open Network FuncTIon Processing)实验室是「Netronome启动用于数据层加速研究的项目,正是进行资料层加速研究之处,但我们希望邀请其它硬件加速器业者参与,」负责实验室运作的Netronome技术和联盟总监Bapi Vinnakota说。

  在其它P4成员中,Xilinx展示了在其FPGA上执行P4的工作,英特尔则展示将P4用在其网卡上。据传华为正计划在其芯片上采用P4。

  博通(Broadcom)是该组织的另一家巨擘。其商用交换机芯片被广泛使用,特别是在数据中心交换机上。博通加盟了P4组织,但还没有宣布支持P4的任何芯片计划。 Cavium也是目前尚未发布计划的P4成员。

  Tofino芯片为每16个以太网络MAC配备了一个专门负责匹配和执行的流水线。(图片提供:Barefoot)

  Barefoot的高阶Tofino芯片可容纳多达64个100Gbit以太网络媒体访问控制器(MAC)的灵活配置能力,对于较慢的MAC则可容纳更多。它透过Layer 4处理所有的路由功能,为每16个MAC分配一个流水线。

  通常,SDN处理器快速地读取数据包头并为其采取行动。这些芯片「由I/O和带单个共享内存缓冲的内存以及一组流水线所主导,所以它们是非常均匀的,」Izzard称。

  Barefoot不会只透过查找表、数据封包处理器和流量管理器等指标描述流水线的内部细节,也不会给出Tofino芯片的大小、功耗或成本等数据。然而,Barefoot也明确表示,Tofino达到了现有商用芯片的水平。因此,Barefoot可处理32个MAC的低阶芯片,大致与博通在2014年9月发布的Tomahawk交换机芯片相当。

  Tofino芯片采用SRAM和TCAM内存。它们采用16nm制程技术制造,可用标准散热片和风扇进行冷却。

  「我们提供的这种可编程序设计能力所需的代价并不高,因而能够轻松选用这种组件,」负责Barefoot产品营销的Ed Doe说。

  Barefoot设计了两种系统来展示Tofino:使用64端口芯片的65 QSFP端口的2U机架顶部交换机;以及使用32端口芯片的1U系统。

  Barefoot的秘密武器内建于其称为Capilano的P4编译程序。Barefoot约一半的员工都是软件工程师,象征程序代码对该公司的重要性。

  Barefoot的团队既有来自博通、思科和Juniper等传统网络交换机厂商的资深开发人员,也有来自该公司共同创办人McKeown从史丹佛大学和其它地方招募来的年轻工程师。

  「我们设法让有经验的高手与众多对世界尚无成见的学界新锐组合在一起,」Doe说,「当你挑战标准的做事方法时,就必须要有这样一种人才组合。」

  Izzard和McKeown已经在多项计划上合作了25年,包括设计出Tbit交换机的新创公司Abrizio。在Google等数据中心巨擘寻求推动以更简单的方法来管理其数千台服务器网络的早期,他们两个人早已涉足了SDN。

  「我们打算建构一个可编程设计的数据转发平台,它对网络的作用就像Nvidia之于绘图领域一样,」Izzard说,「交换是一个匹配/执行的过程,网络负载具有很强的平行性,以及很有限的串行关联性,所以我们着手打造的是一款独立于协议的交换机。」

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