基于QDR-IV SRAM實(shí)現(xiàn)高性能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)解析

　在過去40年里，隨著制造工藝的進(jìn)步，各種專用存儲設(shè)備不斷推向市場，滿足著不同系統(tǒng)的存儲需求。眾多的選擇，意味著系統(tǒng)架構(gòu)師和設(shè)計(jì)者可以同時考慮多種方案，根據(jù)應(yīng)用選擇合適的存儲子系統(tǒng)。尤其是在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面，架構(gòu)師面臨著不斷增加的網(wǎng)絡(luò)流量所帶來的挑戰(zhàn)。
　　據(jù)估計(jì)，2015年到2020年期間，網(wǎng)絡(luò)流量的年均復(fù)合增長率（CAGR）將達(dá)到22%，這一增長主要來自于無線設(shè)備的爆炸式增長以及不斷增加的視頻用量。由于數(shù)據(jù)包處理的隨機(jī)性，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)年P(guān)鍵—路由器和交換機(jī)的性能將和所使用的存儲子系統(tǒng)的隨機(jī)存取性能（以隨機(jī)存取速率（RTR）衡量）直接相關(guān)。本文將會介紹四倍數(shù)據(jù)傳輸率（QDR—IV）靜態(tài)隨機(jī)存儲器如何用于解決網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的性能瓶頸，還介紹了在使用200~400Gbps速率下以太網(wǎng)線卡的統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器和轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行查找時，如何充分發(fā)揮QDR-IV SRAM的性能優(yōu)勢來優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　交換機(jī)線卡中的存儲子系統(tǒng)
　　圖1為一個典型400Gbps數(shù)據(jù)層線卡的功能模塊、芯片組和存儲子系統(tǒng)。
　　
　　圖1：交換機(jī)/路由器的數(shù)據(jù)層線卡
　　媒介接入控制器（MAC）：在共享媒介網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)）中，媒介接入控制器具有提供尋址和控制信道訪問的作用，從而可以使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行聯(lián)系。MAC連接著 過載緩沖器（OS buffer），使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能超載與線卡帶寬有關(guān)的前端（如：100G線卡上的120G前端）。過載緩沖可在一段特定的時間內(nèi)儲存“超額”的數(shù)據(jù)。該緩沖器需要有在幾毫秒時間內(nèi)轉(zhuǎn)存幾個G數(shù)據(jù)的能力，因此，單位比特成本是最主要的決定標(biāo)準(zhǔn)，也是SDRAM（同步動態(tài)隨機(jī)存儲器）最為適合的原因。
　　網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU）具有多種功能，包括解析數(shù)據(jù)以確認(rèn)協(xié)議、驗(yàn)證數(shù)據(jù)包的完整性、基于目標(biāo)地址查找下一跳地址等。此外，網(wǎng)絡(luò)處理器收集數(shù)據(jù)流中數(shù)據(jù)包的統(tǒng)計(jì)信息，用于計(jì)費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)管理等。以下是連接到NPU的存儲子系統(tǒng)：
　　l分類查找——檢查傳入包的特點(diǎn)，確定是否接收該傳入數(shù)據(jù)包。此查找功能用于源端口、目標(biāo)端口、源地址、目標(biāo)地址和所用的協(xié)議。對每個數(shù)據(jù)包均進(jìn)行查找（基于一個長字符串）。此查找功能的首選存儲器是TCAM（三態(tài)內(nèi)容尋址存儲器）。通過TCAM可使用二進(jìn)位和“無關(guān)”狀態(tài)進(jìn)行搜索，這使得它能基于模式匹配來進(jìn)行更廣泛的搜索。
　　l轉(zhuǎn)發(fā)查找——FIB（轉(zhuǎn)發(fā)信息庫）表保存了路由中下一跳可能的目標(biāo)地址。此查找是一個迭代過程，因此會對存儲器進(jìn)行多次訪問。每個數(shù)據(jù)包需要2~8次隨機(jī)存儲器訪問，轉(zhuǎn)換為高隨機(jī)存取速率。QDR-IV SRAM是高隨機(jī)存取速率的理想選擇。
　　統(tǒng)計(jì)&流量狀態(tài)——路由器對每個數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)流（相關(guān)數(shù)據(jù)包組成的流）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。此統(tǒng)計(jì)通過計(jì)數(shù)器的形式實(shí)現(xiàn)。每個應(yīng)用會有很多這類計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器用來保存前綴、流和數(shù)據(jù)包分類。因此，刷新計(jì)數(shù)器需要高性能的存儲器才能滿足多重的讀—修改—寫操作。線卡中的統(tǒng)計(jì)和流量狀態(tài)可共用一個存儲器?？紤]到對高隨機(jī)存取速率的需要，QDR-IV SRAM在這方面也是最佳選擇。