使用瑞薩電子LLDRAM-III和FPGA技術實施參考設計，支持流量達到100Gb級

使用瑞薩電子LLDRAM-III和 FPGA技術實施的瑞薩電子數(shù)據(jù)包標題搜索參考設計

全球領先的半導體解決方案供應商瑞薩電子株式會社（TSE：6723）今日宣布推出一種面向100Gb通信設備，如路由器、交換機和服務器的數(shù)據(jù)包標題搜索參考設計。

該瑞薩電子參考設計由LLDRAM-III (RMHE41A364AGBG)高功效、低延時存儲器(LLDRAM)、專有精確匹配搜索IP和FPGA（注1）設備上的LLDRAM-III控制器IP，以及開發(fā)支持工具組成。它使用的存儲設備數(shù)量僅為采用標準DRAM存儲器的配置中所需設備的1/15，卻能實現(xiàn)100Gb流量的數(shù)據(jù)包標題搜索功能，并將存儲器功耗降低60%。

隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)時代的到來和連接設備所接收和發(fā)送數(shù)據(jù)量的快速增加，提高網(wǎng)絡速度已成為當務之急。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)絡設備的速度通常會導致功耗增加，產(chǎn)生設備包溫度和電力成本等問題。此外，SDN和NFV的廣泛應用要求頻繁通過軟件修改網(wǎng)絡配置，而且需要使用支持靈活重新配置的網(wǎng)絡設備。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)包標題搜索參考設計。它采用了FPGA技術，可進行靈活的網(wǎng)絡配置，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)包標題搜索參考設計的主要特點：

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

LLDRAM-III是瑞薩電子推出的一種高功效、低延時存儲器，支持每秒400兆次存?。ㄗx取或寫入操作），傳輸57.6 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)的搜索算法相結合，使用單個LLDRAM-III設備每秒可以處理1.5億次數(shù)據(jù)包標題搜索，達到100Gb以太網(wǎng)的要求。而使用傳統(tǒng)搜索算法（注3）和標準DRAM的配置進行同樣的處理，則需要大約15個存儲設備，功耗大約為5瓦（注4）。該新型參考設計將存儲設備數(shù)量減少為單個LLDRAM-III存儲器，并將存儲器功耗降低60%。這樣能夠將存儲器安裝面積和存儲器與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) 靈活的搜索關鍵字長度功能，無需改動搜索IP設計即可適應新通信協(xié)議

精確匹配的搜索IP可靈活改變搜索關鍵字長度，以1位為單位，最多可達143位（注5）。在不修改搜索IP設計的情況下，不僅能適應常規(guī)的MAC地址搜索，還能適應通過網(wǎng)絡虛擬技術進步實現(xiàn)的新通信協(xié)議。此外，可通過指定更短的最大搜索關鍵字（注6）長度，將搜索條目的數(shù)量擴展到二百萬個甚至四百萬個。在使用143位的最大搜索關鍵字長度時，還可通過劃分搜索結果所附加的搜索關鍵字區(qū)域和數(shù)據(jù)包處理規(guī)則區(qū)域，支持同時輸出搜索結果和數(shù)據(jù)包處理規(guī)則。

搜索關鍵字長度可靈活設置，從而支持使用網(wǎng)絡虛擬化的新協(xié)議。

通過劃分搜索關鍵字使用的部分，簡化搜索后數(shù)據(jù)包處理。

(3) 完全集成的參考設備工具包可將網(wǎng)絡設備設計所需的開發(fā)時間縮短大約六個月

開發(fā)支持工具包括1) 一個參考板，在FPGA和LLDRAM-III之間具有成熟的互操作性，從而節(jié)省設計和驗證所需的時間，2) 包括搜索IP的設計樣本，3) 完整的驗證環(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)設計和網(wǎng)絡設備設計，從而將開發(fā)周期時間大幅縮短約六個月（根據(jù)瑞薩電子的計算結果）。

瑞薩電子為數(shù)據(jù)中心和骨干通信網(wǎng)絡外部通信接口所使用的200Gb級別復雜通信處理提供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)中心內的應用程序中，瑞薩電子提供由LLDRAM-III和FPGA組成的數(shù)據(jù)包標題搜索參考設計。通過基于FPGA的這種新型搜索解決方案，可進行靈活的通信，并為快速發(fā)展的網(wǎng)絡技術提供支持，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。

（注1）在參考設計中測試的FPGA是來自Xilinx, Inc的Virtex UltraScale / Kintex UltraScale FPGA系列。

（注2）一個搜索條目由一個搜索關鍵字和一個數(shù)據(jù)包轉發(fā)目的地組成。

（注3）使用三個位圖來搜索（48位）MAC地址時。

（注4）根據(jù)瑞薩的計算結果。

（注5）只有當搜索條目的數(shù)量設為一百萬個時，才支持143位的搜索關鍵字長度。搜索條目數(shù)量為二百萬個時，最大搜索關鍵字長度為71位；搜索條目數(shù)量為四百萬個時，最大搜索關鍵字長度為35位。

（注6）搜索關鍵字是一種具有規(guī)定位寬度的數(shù)據(jù)單位，用于數(shù)據(jù)包識別。