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如何利用可编程逻辑实现数据中心互连 DCI互连盒架构解读

2018年03月12日 15:47 次阅读

随着实施基于云的服务和机器到机器通信所产生的数据呈指数级增长,数据中心面临重重挑战。

这种增长毫无减缓态势,有业界专家预测内部数据中心机器对机器流量将会超出所有其他类型流量多个数量级。这种显著增长给数据中心带来三个主要挑战:

• 数据速度 – 接收与处理数据所需的时间增强了数据的接收和处理能力,实现高速传输。这使数据中心可支持近乎实时的性能。

• 数据种类 – 从图像与视频这样的结构化数据到传感器与日志数据这样的非结构化数据,可将不同格式的数据传输进来。

• 数据量 – 所有用户提供的数据量。

对于众多应用来说,应对这些挑战需要数据中心之间的直接通信。例如,提供索引、分析、数据同步、备份与恢复服务。为支持数据中心间的通信,需要使用非常大的数据管道,同时,用于在这些管道间传输数据的网络通常称为数据中心互连 (DCI)。

DCI 发挥着举足轻重的作用,有助于数据中心部署规模扩展,支持更多数数据中心以在给定地理区域内铺开服务。当然,随着数据中心数量的增加,它们之间的互连程度也会随之增强。

如何利用可编程逻辑实现数据中心互连 DCI互连盒架构解读

要想在数据中心内实现 DCI,既可使用专用接口盒,也可使用传统的传输装置。使用专用接口盒能在外部数据中心(线路侧)与数据中心内部网络(客户侧)之间提供接口。

由于数据中心内存有敏感信息,例如财务信息、健康信息以及其他业务的关键信息,因而数据安全性至关重要。安全漏洞会让数据中心所有者丧失信心与信任并造成收入损失。最糟糕的是,如果安全漏洞十分显著,还可能造成法律或监管后果,从而影响运营。

因此,无论是在数据中心内部还是在数据中心间的传输过程中,信息安全保障都是头等大事。这就要求 DCI 实现方案能在数据进出数据中心时支持对数据进行加密或解密。

当前的 DCI 实现方案采用以下技术之一:

• Bulk Layer 1 安全方案:利用类似于 AES256 的技术对整个内容进行加密和认证。这是目前为止最具成本效益的方式,能为大型点对点数据管道提供安全性。

• 由 IEEE 802.1 AE 定义的 MACsec:可对数据包进行单独加密,也可在硬件中轻松处理。MACsec 可在 Layer 2 中提供安全性。

在 DCI 互连盒中,通常只使用两种安全技术中的一种。然而,随着数据中心数量的增加,找到可实现这两种安全方法的解决方案十分必要,让使用不同安全方法的数据中心间能够灵活地进行通信。这需要 DCI 平台具有灵活性且易于配置,可从支持一种安全解决方案到支持另一种安全解决方案。有了这种灵活性,使用不同厂商技术的数据中心之间就能进行通信。

尽管新型数据中心的数量快速增加,但现有数据中心在线路侧与客户侧均有部署,故也采用全新的标准。DCI 互连盒必须足够灵活才能应对多个升级周期,跨越多代网络接口。升级网络设备的相关成本是这种跨代升级的部分推动力,例如,100Gbps 传输卡的成本是与它相似的切换端口成本的 100 倍。因此,从成本角度来看,每三年更换这些设备并不划算。该功能有助于数据中心运营商将 DCI 互连盒脱离升级周期。

DCI 互连盒架构

出于对不同的安全技术与常规升级周期间歇的支持,DCI 互连盒架构需要能够适应部署功能要求,同时根据技术与标准变化实现简单演进。

要想实现对标准的适应性并为演进发展提供支持,就需要可支持多种数字相干光学 (DCO) 线路侧接口的架构。

越来越多地将 DCO 格式部署为可插拔格式,并且能够支持不同厂商线路侧接口的特性实现了最大的灵活性。

客户侧接口则需要支持 10GE 至 400GE 的以太网速率,以及像 FlexE 的更新标准。

要将客户侧与线路侧进行连接,所需的解决方案不仅要提供接口功能,还要能实现应用所需的安全解决方案。

诸如赛灵思 UltraScale+ FPGA 的可编程逻辑可为 DCI 互连盒设计人员提供多种优势。可编程逻辑 IO 的高灵活性能实现任意到任意系统间的接口功能,允许客户侧和线路侧接口具备必要的 PHY 支持。

可编程逻辑的并行特性还可实现算法的流水线化,以获得最优吞吐量。得益于可编程逻辑架构的并行特性,因为消除了传统的系统瓶颈,该解决方案还具备更好的确定性。

此外,可编程逻辑也可实现现场升级,在采用标准时,可支持全新协议修订版本的部署。可编程逻辑的这种可升级能力使 DCI 盒可以具备应用所需特性。该变更可通过 SDN 控制器来编排,因此,基于 FPGA 的 DCI 盒极具可塑性。在当今 SDN 控制的网络环境中,这样一种基于应用的 DCI 盒特性会形成极大优势。

就 FPGA 应用的开发而言,存在多种可用来加速功能性的由高级软件定义的环境。它们包括 SDAccel、SDNet 与 SDSoC 设计环境,统称为 SDx。这些环境支持使用高层次综合对 FPGA 应用进行开发。当与重配置加速栈 (Reconfigurable AcceleraTIon Stack) 相结合时,开发人员就可以使用业界标准框架与库集成数据中心。

总结

数据中心正在经历显著增长,并通过使用 DCI 这样的技术使之间的互连变得越来越紧密。DCI 互连盒可提供互连功能与数据事务处理的安全保护功能,同时还可在 DCI 与数据中心功能与标准演进发展的同时支持路径升级。

FPGA,例如赛灵思 UltraScale+ 系列,可提供灵活的高性能解决方案,并可使用 SDx 工具链加速该解决方案的开发,提供高级设计环境。

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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?

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 1174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...

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

异构多处理器产品系列在嵌入式评估板上实现

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 2018-02-26 09:52 1856次阅读
异构多处理器产品系列在嵌入式评估板上实现

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

SoC FPGA的DSP能力应对新兴的小型基站需...

虽然推动业界向小型基站转变的因素众多,但可能最重要的是,消费者想要随时随地都能快速有效地连接到服务提...

发表于 2018-02-20 09:21 1300次阅读
SoC FPGA的DSP能力应对新兴的小型基站需...

基于QPSK数字调制解调的FPGA实现

随着FPGA技术的发展,数字通信技术与FPGA的结合体现了现代数字通信系统发展的一个趋势。为了使高速...

发表于 2018-02-20 07:50 1308次阅读
基于QPSK数字调制解调的FPGA实现

FPGA基础知识及其工作原理与基本的功能块案例

高端设计工具为少有甚是没有硬件设计技术的工程师和科学家提供现场可编程门阵列(FPGA)。无论你使用图...

发表于 2018-02-17 19:38 1794次阅读
FPGA基础知识及其工作原理与基本的功能块案例

基于FPGA的多通道频率测量系统设计方案介绍

FPGA及其外围电路是整个测量系统的核心。外围电路包括以下几个部分:1)电源转换电路,将5V电源转换...

发表于 2018-02-17 03:02 110次阅读
基于FPGA的多通道频率测量系统设计方案介绍

Stratix IV内嵌DPA电路的基本结构分析

不论从哪个角度看,今天的现场可编程门阵列(FPGA),都显得鹤立鸡群,真是非常棒的器件。如果在这个智...

发表于 2018-02-16 17:38 2836次阅读
Stratix IV内嵌DPA电路的基本结构分析

低成本FPGA中实现动态相位调整方案

在FPGA中,动态相位调整(DPA)主要是实现LVDS接口接收时对时钟和数据通道的相位补偿,以达到正...

发表于 2018-02-16 17:32 1495次阅读
低成本FPGA中实现动态相位调整方案

FPGA和多DSP的高速视觉测量系统

随着检测节点的增多,视觉测量系统需要处理的数据量也不断增大,对视觉测量系统的测量速度提出了更高的要求...

发表于 2018-02-10 13:21 311次阅读
FPGA和多DSP的高速视觉测量系统