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基于FPGA硬件加速的BittWare StreamSleuth对抗100Gbps

2017年03月15日 17:34 次阅读

在过去的三十年中,以太网已经发展成为所有行业的统一通信基础架构。每天都有超过三百万的以太网端口在部署,覆盖从FE到100GbE的所有速度。企业和运营商在部署时通常会使用盒式的交换设备和堆叠和高密度机箱式交换机的组合,来应对以太网的不断演进。然而,在过去的几年中,以太网发展态势正在持续改变。随着数据中心以太网部署和创新都在以最快的速度进行着,数据中心的以太网端口部署趋于一致,无论是10GbE、25GbE或50GbE,相同的以太网端口速度通过一个机架架顶(ToR)交换机被部署于每一个服务器上,然后聚集到多个CLOS层。最终目的是将尽可能多的以太网端口以最高的商用速度部署在以太网交换机上,并使其最经济和最节能。连接到ToR交换机的终端是服务器NIC(网络接口卡),它一般是市场上可用的最高速度(目前为10/25GbE,正在向25/50GbE方向发展)。

今天,25GbE交换机的128个接口正在部署中,在接下来的几年内会到达并超越64x 100GbE。但是,尽管数据中心正在向更高的端口密度、更高的端口速度和同质部署方向发展,但是更低的速度仍拥有广泛市场,比如10GbE继续被使用并仍具有经济效益。数据中心的创新带动更高密度和更高端口速度的发展,但很多细分市场仍需要具备较低端口速度和不同密度的解决方案。

BittWare最新开发的StreamSleuth:

正如BittWare提到,只有CPU而没有硬件加速是无法处理100Gbe的数据包交互的。而正式亮相于本次旧金山RSA大会的,BittWare最新开发的StreamSleuth(流侦探),通过一个FPGA 助手,敏捷且迅速的将数据流分组了,此外,BittWare还表示,StreamSleuth使的基于FPGA编程实现数据包处理机制时,没有任何FPGA编程的负担,也就是说,在编程的时候你并不需要精通Verilog或是VHDL这些硬件语言 ,就可以很方便的将FPGA的高性能应用到自己的应用中。

图1 StreamSleuth接口侧

图1 StreamSleuth接口侧

正如BittWare的网络产品VP&GM发言人 Graig Lund解释,这并不是由一个随时可以重组的箱子组成的一个装置。用户往往需要或许也更想去量身定做它,比如说,在制作的时候,有的人想添加数据包过滤器,有的人想对数据交互的过程进行监视。用户在基于线速度是使用StreamSleuth做出任何想做的东西,而唯一不需要用户去做的,就是学习如何编程FPGA。尽管用户没有任何编程FPGA的经历,依然可以将FPGA的技术优势完美的应用的自己的应用中。也因此方便更多的网络或数据库工程师来使用BittWare的StreamSleuth。

正如Lund所说,相比以太网以前的低版本产品StreamSleuth是一个十分不同的创造物。一直以来,服务器都不可以直接处理100GbE的数据交互,而且此状态一直没有得到解决。而现在的网络管道却别服务器内部的I/O管道大得多,进入服务器的数据量成指数增长,同时也导致了CPU设计时不得不增加三级缓存来缓解数据堵塞。

或许我们听到过更糟糕的情况,对于一个服务器而言,如何减少网络阻塞,无疑是需要增加滤波器,很多滤波器,很多复杂的滤波器,比现在商品转化和防火墙器件更多的复杂滤波器。理论上说,需要用一种语言基于线速度快速完成标准的BPF/pcap滤波器的实现,类似一个基于高度并行FPGA的数据包发动机。

当然,以上这种做法对于减轻100Gbe的线路速率也是有作用的,但是目前的硬件并做不到,也没办法用软件来实现。最终的出路在于FPGA,所以BittWare的基于FPGA数据处理的StreamSleuth成功的实现了用户想要达到的效果。

以软件实现的防御并不可以抵挡100Gbe线路速率的DoS,但是基于FPGA加速实现的数据包处理器可以。所以我们也明白了StreamSleuth内部的FPGA到底做了什么工作,它重配置了数据包滤波器,使得加载和路由变得平衡。同时,应用BPF/pcap语言为自己的需求编程,并通过GUI或APIs烧录到StreamSleuth 100Gbe数据包处理器中,就可以实现自己的需求。而此数据处理器中集成的是一款Xilinx Virtex UltraScale+ VU9P FPGA 板卡。

下图就是BittWare的StreamSleuth的板卡内部结构:

图2 BittWare

图2 BittWare

总结:

无论是视频流处理还是数据流处理,现如今,只要需要用到加速器来实现的应用已经越来越多的通过基于FPGA来进行硬件加速,不仅可以真正意义上的并行,加快运行速度,也可以降低CPU执行软件的压力。可见,基于FPGA来硬件加速将会是加速器未来的发展方向。

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发表于 2018-03-12 09:48 2943次阅读
FPGA控制的无人机电源管理系统

20年经验的电子总工回忆之永远不要相信外观和结构...

系统采用世界首颗基于MPEG-4硬件压缩处理芯片,美国国家半导体的486主控平台,以太网和ADSL通...

发表于 2018-03-10 09:11 612次阅读
20年经验的电子总工回忆之永远不要相信外观和结构...

“汽车思维”最新的汽车无线和以太网连接方案

电缆是汽车中第三重的部件,而汽车以太网使用的则是非常轻便、价格便宜的非屏蔽双绞线电缆,以及成本低、体...

发表于 2018-03-09 17:19 657次阅读
“汽车思维”最新的汽车无线和以太网连接方案

一个电子工程师的硬件初学之路分享

抱着热情,自己后来一点一点地深入的学习fpga,一些常规逻辑电路的设计,包括逻辑门电路、数据选择器、...

发表于 2018-03-09 16:45 656次阅读
一个电子工程师的硬件初学之路分享

初学者爱问这个问题,FPGA到底能做什么?

各种方案虽然只是初步的了解一些,但是发现这方面虽然有类似SOPC概念的海思和TI双核解决方案,而且是...

发表于 2018-03-09 14:19 651次阅读
初学者爱问这个问题,FPGA到底能做什么?

为什么以太网无法取代CAN?

就人类目前的技术来看,在车辆中以太网只能作为CAN总线的配合,暂时不存在取代CAN总线的可能性。

发表于 2018-03-06 16:28 1342次阅读
为什么以太网无法取代CAN?

主动噪声控制平台的FPGA实现

主动噪声控制平台的FPGA实现。基于FPGA搭建了针对汽车的主动噪声控制平台,此平台可以正确实时地采...

发表于 2018-03-05 10:34 569次阅读
主动噪声控制平台的FPGA实现

学习硬件必须掌握的基础知识点总结

如果你认为这么多书,怎么看都看不完。那是以一种静止、偏面的观点来分析问题了。其实上介绍那么多课,很多...

发表于 2018-03-04 15:28 1172次阅读
学习硬件必须掌握的基础知识点总结

基于FPGA的惯性导航系统设计

惯性导航系统(INS,Inertial Navigation System)也称作惯性参考系统,是一...

发表于 2018-03-04 09:25 83次阅读
基于FPGA的惯性导航系统设计

基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设...

本文主要介绍了基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设计。利用GPS提供的1pps秒脉冲信号...

发表于 2018-03-02 14:55 310次阅读
基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设...

以太网无法取代CAN的原因是什么?

CAN总线通过物理信号来进行连接,而以太网则是交换机连接。CAN总线的结构非常简单,仅需拉两条线而已...

发表于 2018-03-02 09:48 178次阅读
以太网无法取代CAN的原因是什么?

基于FPGA的超级电容均压及充放电设计方案

由于超级电容器单体性能参数的离散性,当多个单体串联组成电容器组时,在充放电过程中容易造成过充或过放现...

发表于 2018-02-28 08:40 416次阅读
基于FPGA的超级电容均压及充放电设计方案

英特尔发售业内首款基于58G PAM4 技术的F...

英特尔宣布开始发售英特尔® Stratix® 10 TX FPGA ,这也是业内唯一一款采用 58G...

发表于 2018-02-27 11:55 483次阅读
英特尔发售业内首款基于58G PAM4 技术的F...

针对Linux BSP开发的Petalinux,...

本实验工程将介绍如何利在赛灵思异构多处理器产品系列 Zynq UtralScale+ MPSoC ...

发表于 2018-02-27 11:01 4883次阅读
针对Linux BSP开发的Petalinux,...

基于FPGA的改进型FIR滤波器的实现

FIR数字滤波器在数字信号处理的过程中有很好的线性相位和稳定性,被广泛应用于音频处理、语音处理、信息...

发表于 2018-02-26 18:44 228次阅读
基于FPGA的改进型FIR滤波器的实现

网络的颠覆性变革 浅谈以太网的5G蜕变

一场网络和技术的颠覆性变革已经来临,以太网的5G蜕变也在平滑演进。本文将重点解析5G Flexhau...

发表于 2018-02-26 13:43 354次阅读
网络的颠覆性变革 浅谈以太网的5G蜕变

以太网与CAN总线传输方案比较

信号譬如视频、雷达等等也开始使用以太网来进行传输。隐隐有取代CAN总线成为汽车总线的趋势,然而事实真...

发表于 2018-02-26 09:32 6539次阅读
以太网与CAN总线传输方案比较

如何经济的设计一个新的芯片

我们最近与Bunny Huang进行了有趣的交流,他是硬件大师以及Chumby,NetTV和Nove...

发表于 2018-02-24 10:53 931次阅读
如何经济的设计一个新的芯片