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賽靈思在其UltraScale FPGA上集成了Interlaken IP，可簡(jiǎn)化包處理系統互聯(lián) 作者：Martin Gilpatric 賽靈思公司收發(fā)器技術(shù)市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 martin.gilpatric@xilinx.com 帶寬是個(gè)有趣的東西。十年前，大多數人都不清楚什么是“每秒字節”。而今天，在線(xiàn)視頻、智能手機和各種現代化互聯(lián)社會(huì )不可或缺的設備讓帶寬成為所有人關(guān)注的問(wèn)題。這些應用告訴人們，帶寬非常重要，人們也清晰地意識到需要更高的帶寬。 遺憾的是，高級堆棧頂層觀(guān)點(diǎn)會(huì )制約為家庭以及便攜式設備提供更多比特與字節所需的技術(shù)發(fā)展。所有這些數據都要求我們的基礎設施必須跟上發(fā)展要求。過(guò)去依靠10Gbps光學(xué)技術(shù)的互聯(lián)機制現在已經(jīng)發(fā)展到40乃至100Gbps，而不久的將來(lái)還有望推進(jìn)到400Gbps。 當今產(chǎn)業(yè)中的Interlaken 在整個(gè)過(guò)程中，基礎包處理任務(wù)和架構并沒(méi)有發(fā)生巨大變化。同樣，100Gbps系統面對的許多封裝、功耗和熱性能限制與其前代技術(shù)也一樣。這意味著(zhù)系統所有組件都需要大幅提高速度。更重要的是，這些器件之間的互聯(lián)必須能夠很容易擴展。系統中使用的FIC、NPU、MAC及其它ASSP來(lái)自眾多不同的供應商，這導致問(wèn)題進(jìn)一步復雜化。這些器件采用各種互聯(lián)寬度和速率來(lái)實(shí)現目標吞吐量。 現在，賽靈思和Interlaken協(xié)議已著(zhù)手協(xié)助解決包處理功能之間的社交互聯(lián)瓶頸問(wèn)題。由思科和Cortina合力打造的Interlaken旨在應對這些挑戰。賽靈思FPGA可通過(guò)高性能可編程邏輯和高性能收發(fā)器輕松實(shí)現這項標準。以下三個(gè)方面使得Interlaken成為應對這些難題的最佳協(xié)議：其具備高度可擴展性；Interlaken非常適用于OTN 和以太網(wǎng)系統；它是一項開(kāi)放式協(xié)議。 從最基本的層面說(shuō)，Interlaken旨在最大限度地提升靈活性和可擴展性。該規范沒(méi)有強行要求預定義的線(xiàn)路速度或信道寬度。舉例來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)您實(shí)現150Gbps的接口就能對100G以太網(wǎng)數據路徑（帶其它包頭）進(jìn)行封裝，12條信道每條線(xiàn)路12.5 Gbps或者六條信道每條分別為25Gbps。無(wú)論哪種情況，Interlaken的邏輯接口均可得到保持，同時(shí)簡(jiǎn)化了其它設計。此外，這種靈活性也使Interlaken適用于細分市場(chǎng)應用，如與TCAM協(xié)同工作的后備接口。 
圖1 – 利用Virtex UltraScale的32.5-Gbps GTY高性能收發(fā)器（如本視頻所示）和集成式Interlaken模塊，客戶(hù)能夠在不影響靈活性的同時(shí)創(chuàng )建性能更高、功耗更低、集成度更緊密的網(wǎng)絡(luò )。 無(wú)論數據通過(guò)多少條信道傳輸，都要在這些信道上進(jìn)行分段和拆分。這種方法的優(yōu)勢在于能夠減少時(shí)延，同時(shí)能很好地支持OTN流或以太網(wǎng)數據包。在分段過(guò)程中，Interlaken可支持信道化，讓設計人員能夠靈活地實(shí)現數據包優(yōu)先化等特性，同時(shí)能在協(xié)議現有的特性集中工作。 Interlaken具有豐富的特性集，而且無(wú)需注冊，可免費使用，因此非常適合推廣。此外，原始定義中包含了各種利益相關(guān)方公司，這意味著(zhù)Interlaken的特性集也能方便地滿(mǎn)足多種不同需求。由于能迅速獲得各種ASSP和IP，賽靈思FPGA的使用和推廣都變得更方便。 賽靈思和Interlaken：一對完美的組合 賽靈思素以幫助設計人員更方便地采用最新高性能標準而聞名。在向100 Gbps乃至更高技術(shù)轉移的過(guò)程中，實(shí)踐證明賽靈思器件在包處理系統和測試設備方面發(fā)揮了重要的主導作用。由于100G以太網(wǎng)MAC、OTU4和Interlaken解決方案的高質(zhì)量IP隨時(shí)可供使用，因此配合賽靈思的高速FPGA結構和世界一流的收發(fā)器能夠為客戶(hù)帶來(lái)靈活而強大的解決方案。 從Virtex-5代開(kāi)始就面向賽靈思 FPGA提供了Interlaken IP，一開(kāi)始是通過(guò)第三方廠(chǎng)商提供，而在收購了Sarance之后，則是由賽靈思自己提供。UltraScale™系列FPGA是提供Interlaken解決方案的第四代賽靈思器件，其取得了一項重要發(fā)展。 在UltraScale FPGA中，賽靈思將Interlaken IP整合到芯片中。通過(guò)將Interlaken設為固定的特性，賽靈思能夠釋放出更多結構邏輯，減少軟實(shí)現技術(shù)帶來(lái)的時(shí)序約束，從而將設計人員從繁重的工作中解脫出來(lái)。此外，這款一體化解決方案還能節約動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功耗，而且不會(huì )對靈活性造成不良影響。統一的Interlaken模塊能以任何線(xiàn)路速度實(shí)現多達12條信道，每條信道速度高達12.5 Gbps，或者實(shí)現六條信道，整體速度高達25 Gbps。 賽靈思在Interlaken的優(yōu)勢基礎上進(jìn)一步發(fā)展 集成式Interlaken IP只是讓賽靈思UltraScale FPGA具有巨大吸引力的其中一個(gè)因素。賽靈思UltraScale FPGA擁有可支持不同線(xiàn)路速度的大量特性豐富的收發(fā)器、高級高速可編程邏輯以及用于MAC解決方案的集成IP軟核，并能實(shí)現新興標準，任何其它FPGA或ASSP都無(wú)法達到類(lèi)似的水平。 UltraScale FPGA中的GTH和GTY收發(fā)器具備許多特性，能使其在各種不同條件下工作。GTH的線(xiàn)路速度從500 Mbps到16.3 Gbps不等，GTY的運行速度可達32.75 Gbps，可確保FPGA能夠支持鏈路合作伙伴所需的任何線(xiàn)路速度（敬請參看YouTube演示和圖2）。這些收發(fā)器的均衡功能（包括連續時(shí)間線(xiàn)性均衡和決策反饋均衡），能幫助用戶(hù)將板上其它器件的任何元素與光學(xué)器件或背板遠端的器件相連接。
圖2 – 利用Virtex UltraScale的32.5Gbps GTY高性能收發(fā)器（如本視頻所示）和集成式Interlaken模塊，客戶(hù)能夠在不影響靈活性的同時(shí)創(chuàng )建性能更高、功耗更低、集成度更緊密的網(wǎng)絡(luò )。 為了更方便地啟動(dòng)這些高速互聯(lián)，無(wú)論是100G以太網(wǎng)、OTU 4.4還是Interlaken寬接口，所有收發(fā)器均衡特性均為自適應性。這就意味著(zhù)在GTY中CTLE的三個(gè)抽頭和DFE的15個(gè)抽頭之間，收發(fā)器自身就能處理由此形成的數百萬(wàn)種組合。設計人員無(wú)需手動(dòng)調節每條鏈路并保持工藝、電壓和溫度變化條件下的鏈路容限。Interlaken可支持無(wú)限寬的接口，因此自適應性能夠確保啟動(dòng)工作簡(jiǎn)單而穩健。 UltraScale集成式100G以太網(wǎng)MAC或CMAC與集成式Interlaken模塊相輔相成。CMAC具備與集成式Interlaken模塊相同的優(yōu)勢，能夠減少功耗、降低復雜性并縮短實(shí)現時(shí)間，同時(shí)可為今天的100G光學(xué)技術(shù)（CFP、CXP、CFP2、CFP4和QSFP28）提供直接可用的接口。連接這些光學(xué)接口需要采用10x10.3125-Gbps或4x25.78-Gbps串行接口。CMAC和UltraScale收發(fā)器可支持兩種接口：10.3125 Gbps的GTH和適應兩種線(xiàn)路速度的GTY。CMAC只提供一種與線(xiàn)路卡斷開(kāi)接口的可能協(xié)議。賽靈思提供的IP能在結構中實(shí)現，以支持OTN應用或以太網(wǎng)標準組合：1G、10G、40G、100G乃至新興400G標準。 連接采用大量Interlaken配置的ASSP并實(shí)現MAC功能是FPGA的兩大重要用途。不過(guò)，FPGA設計還有很多值得進(jìn)一步探索的潛力。精明的設計人員已經(jīng)開(kāi)始智能優(yōu)化系統，讓FPGA處理選用ASIC或ASSP時(shí)執行成本較高的任務(wù)。這些功能包括不同層次的包處理、TCAM后備接口實(shí)現或其它幫助產(chǎn)品超越競爭對手的特性。 與科技發(fā)展趨勢一樣，高帶寬領(lǐng)域也保持不斷前進(jìn)。這意味著(zhù)吞吐量會(huì )不斷提升，新標準會(huì )逐漸出現，而賽靈思UltraScale器件在這兩方面始終戰無(wú)不勝。通過(guò)將Interlaken集成到UltraScale FPGA上，賽靈思能夠支持現有的100G系統和所有未來(lái)系統，方便地采用新標準，增強現有架構的特性，并更好地全面集成系統。 |
