FPGA与ASSP共舞成就100Tbps可扩展数据中心

2011-03-29 23:51:38来源: 电子工程专辑
    虽然FPGA与ASIC/ASSP是一对冤家,但此次为了成就100Tbps以上的巨型数据中心,他们仍是携起手来一个在100Gbps交换机网卡上下功夫,一个在100G-400bps背板的28Gbps收发器上下功夫,以共同推进100T级数据中心时代的来临。可见,在极高端市场,他们的分工仍是较明确的。

   “就下一代交换基础设施而言,由于视频和数据流量的增加,非常高的可扩展性和超大带宽成了关键要求。由于核心网络以及数据中心互连的要求,包括成千上万台服务器的大型数据中心不久就会需要100Gbps的网络连接能力,同时大型服务提供商网络也将需要具100Gbps接口的核心路由器,级联后达100Tbps以上的数据中心需求已浮出水面。”博通基础设施网络集团副总裁兼首席技术官Nicholas Ilyadis表示。据思科公司的数据预计,2014年全球IP流量将在2009年的基础上增长四倍,达到每月64EB,而2009年的月流量约为15EB。到2014年,全球年IP流量将达到近0.75ZB(即767EB)。为了紧跟这一发展趋势,通信网络设备厂商正在设计新一代100~400Gbps系统,以求在不扩大外型或功耗预算的情况下最大限度地提高面板带宽密度。(编者注:一个ZB等于一万亿GB)

    作为领先的核心交换芯片厂商,博通近日推出支持本机100Gbps接口的超高端以太网交换芯片——BCM88600系列,这款ASSP也是第一款能通过集成式流量管理功能处理第二层至第四层100GbE单个数据流的商用芯片解决方案。BCM88600系列芯片可用来开发从小型固定配置到大型独立的模块化机架式解决方案的各种网络交换解决方案。不同尺寸的多个机架可以通过两级架构组件配置(例如FE600)无缝互连,以提供超过1万线速的10GbE或等效于40GbE/100GbE的端口。博通的100GbE接口交换芯片将业界又带入另一个极限。

    不过,除了核心交换机的接口向100Gbps迁移外,The Linley Group高级分析师Joseph Byrne表示随着核心交换机的接口速度正在从10Gbps向100Gbps发展,随之而来的则是对芯片到光纤、芯片到背板及芯片到芯片接口速度的提升,收发器将由原来的10Gbps向28Gbps迁移。为此,业界正在制定OIFCEI-28G标准,其中电气接口速度提升到28Gbps,并将采用新的收发速度为28Gbps的CFP2和QSFP2光模块。“目前CEI-28G标准已基本完成,一些顶级OEM已有100G的设备原型机推出,2011年这些OEM的100G设备就会进入量产,而到2012年他们则会推出400G的设备。所以,为顺应这种最新的需求,赛灵思率先推出了内置4~16个符合CEI-28G标准的28Gbps收发器的新一代Virtex-7HT FPGA。”赛灵思串行IO高级产品经理Panch Chandraseharan表示。Virtex-7HT FPGA还拥有多达72个13.1Gbps收发器,能够提供高达2.8Tbps的全双工吞吐量。

    28Gbps收发器最大的挑战之一是对抖动预算的控制,Panch解释当收发器速度为10Gbps时,对抖动的要求是100ps,而当收发器速率达到28Gbps时,对抖动的要求则提升至35ps,这是一个巨大挑战。“所以,我们要做到的一是满足CEI-28G标准的低相位噪声谐波锁相环要求、二是具有自动调准功能的信号调整电路;三是用专有架构将模拟和数字电路之间的噪音耦合减小5-10db。”他称。全球著名的信号完整性专家Howard Johnson博士在赛灵思官网上发布的一段视频中对Virtex-7HTFPGA的28Gbps串行接收器进行了演示,重点介绍了连接新一代CFP2光纤模块所需的超广视角和抖动性能,其获得的信号链眼图可谓“非常漂亮”(如图1所示)。

    然而,Virtex-7HT单片最高可支持到16个28Gbps收发器,用户有这种需求吗?Panch的回答是“Yes”。他说:“开发400Gbps线路卡的客户希望部署能够在输入端支持16x28Gbps带宽的单芯片解决方案,以便连接四个400Gbps CFP2光纤模块,从而实现最佳的系统功耗密度。这些系统还需要能够在48或者72个10.3125Gbps收发器之间以200Gbps或400Gbps速率连接多个NPU或ASIC的接口。”

    CEI-28G标准将需要全新的CFP2光模块,预计安华高、Finisar等光模块厂商要到2012年才会推出商用的产品,“不过OEM的设计要先行,到时光模块成熟后插入预留的接口即可。”所以,赛灵思针对Vixtex7 HT的ISE Design Suite软件工具已上市,OEM现在已可展开设计。

关键字:FPGA  ASSP  数据中心  xlinx

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0329/article_1928.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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