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(guò)去40年里，隨著制造工藝的進(jìn)步，各種專用存儲(chǔ)設(shè)備不斷推向市場(chǎng)，滿足著不同系統(tǒng)的存儲(chǔ)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(shí)考慮多種方案，根據(jù)應(yīng)用選擇合適的存儲(chǔ)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(lái)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(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)到22%，這一增長(zhǎng)主要來(lái)自于無(wú)線設(shè)備的爆炸式增長(zhǎng)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(chǔ)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(huì)介紹四倍數(shù)據(jù)傳輸率（QDR—IV）靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)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(shí)，如何充分發(fā)揮QDR-IV SRAM的性能優(yōu)勢(shì)來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　交換機(jī)線卡中的存儲(chǔ)子系統(tǒng)
　　圖1為一個(gè)典型400Gbps數(shù)據(jù)層線卡的功能模塊、芯片組和存儲(chǔ)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(wèn)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(guò)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(guò)載緩沖可在一段特定的時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存“超額”的數(shù)據(jù)。該緩沖器需要有在幾毫秒時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)存幾個(gè)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(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包均進(jìn)行查找（基于一個(gè)長(zhǎng)字符串）。此查找功能的首選存儲(chǔ)器是TCAM（三態(tài)內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器）。通過(guò)TCAM可使用二進(jìn)位和“無(wú)關(guān)”狀態(tài)進(jìn)行搜索，這使得它能基于模式匹配來(lái)進(jìn)行更廣泛的搜索。
　　l轉(zhuǎn)發(fā)查找——FIB（轉(zhuǎn)發(fā)信息庫(kù)）表保存了路由中下一跳可能的目標(biāo)地址。此查找是一個(gè)迭代過(guò)程，因此會(huì)對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行多次訪問(wèn)。每個(gè)數(shù)據(jù)包需要2~8次隨機(jī)存儲(chǔ)器訪問(wèn)，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(duì)每個(gè)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(guò)計(jì)數(shù)器的形式實(shí)現(xiàn)。每個(gè)應(yīng)用會(huì)有很多這類計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器用來(lái)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(chǔ)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(gè)存儲(chǔ)器。考慮到對(duì)高隨機(jī)存取速率的需要，QDR-IV SRAM在這方面也是最佳選擇。