網(wǎng)迅科技王界兵：國(guó)內(nèi)首款萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器的研制及產(chǎn)業(yè)化

  ICCSZ訊 (編輯：Nicole)9月3日—4日，訊石第十七屆光纖通訊市場(chǎng)暨技術(shù)專題研討會(huì)在深圳麒麟山莊隆重舉辦。會(huì)上，致力于高端控制芯片自主研發(fā)的北京網(wǎng)迅科技執(zhí)行董事王界兵博士帶來主題為《國(guó)內(nèi)首款萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器的研制及產(chǎn)業(yè)化》的精彩演講。

  王界兵博士是北京網(wǎng)迅科技有限公司執(zhí)行董事，曾分別在美國(guó)恩智浦公司和美國(guó)東芝公司擔(dān)任技術(shù)職務(wù)。王博士于2001年創(chuàng)立杭州中天微系統(tǒng)有限公司，并擔(dān)任首席技術(shù)執(zhí)行官，主持過863重大專項(xiàng)。2004年3月，王博士任美國(guó)納斯達(dá)克上市公司Hifn公司中國(guó)總部業(yè)務(wù)總裁，2007年3月任Hifn的全球工程副總裁，2009年3月，任美國(guó)紐交所上市公司Exar工程副總裁和中國(guó)開發(fā)中心總經(jīng)理。

  王博士在大數(shù)據(jù)、信息系統(tǒng)和芯片領(lǐng)域擁有廣泛的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)際/國(guó)內(nèi)核心期刊發(fā)表論文20余篇，申請(qǐng)并持有20余項(xiàng)中國(guó)和美國(guó)發(fā)明專利，曾在國(guó)內(nèi)國(guó)際的多個(gè)高科技會(huì)議上做主題演講。

  王博士在演講中提到：重要領(lǐng)域關(guān)鍵設(shè)備上的不可或缺性的芯片核心器件一旦缺失，關(guān)鍵設(shè)備無法生產(chǎn)出貨?？煽啃栽O(shè)計(jì)是企業(yè)級(jí)芯片的一個(gè)重要指標(biāo)，關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)包括：容錯(cuò)處理技術(shù)、容錯(cuò)處理技術(shù)、分域獨(dú)立重啟技術(shù)、自檢技術(shù)、數(shù)據(jù)通路保護(hù)技術(shù)、錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)及錯(cuò)誤隔斷技術(shù)。目前，全球萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器芯片的供應(yīng)商全部在美國(guó)，它們主要是：Intel(英特爾)、Broadcom(博通)、Emulex、Chelsio、Mellanox等。

  經(jīng)過四年艱辛的努力，網(wǎng)迅科技在2018年推出了中國(guó)首個(gè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器芯片，填補(bǔ)了中國(guó)在這領(lǐng)域的空白。目前在市場(chǎng)上已經(jīng)取得顯著的成效，可以完全打破美國(guó)的萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器的壟斷地。

  網(wǎng)迅科技推出的“閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器芯片”有什么創(chuàng)新點(diǎn)呢?

  創(chuàng)新點(diǎn)1：超多DMA隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法

  隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，虛擬機(jī)和容器造成大量的DMA隊(duì)列。當(dāng)這些大量的DMA隊(duì)列同時(shí)工作并要求每個(gè)DMA支持線速的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生硬件邏輯資源的大量消耗。閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器首次提出了一種分層DMA隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)超多DMA隊(duì)列的難題，支持虛擬化、云計(jì)算的需求。

  其采用分層DMA隊(duì)列架構(gòu)，首次提出了客戶隊(duì)列和調(diào)度隊(duì)列的概念。由客戶隊(duì)列作為硬件界面，但是由調(diào)度隊(duì)列參與QoS調(diào)度，和傳統(tǒng)方法相比，硬件資源節(jié)省近一倍。

  創(chuàng)新點(diǎn)2：報(bào)文分片傳輸方法和裝置

  面對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)某些DMA隊(duì)列需要處理大數(shù)據(jù)報(bào)文，而另外一些DMA隊(duì)列需要處理小數(shù)據(jù)報(bào)文。由于大數(shù)據(jù)報(bào)文一次性處理完成需要很多的處理時(shí)間，這就會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的小數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)被引入很大的處理延遲。閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器首次提出了一種數(shù)據(jù)報(bào)文交叉切片的方法，降低報(bào)文傳輸平均延時(shí)。采用交叉切片的方式，在對(duì)大數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行一次切片之后，馬上根據(jù)QoS仲裁算法切換到后續(xù)的小數(shù)據(jù)報(bào)文，進(jìn)行切片處理。

  創(chuàng)新點(diǎn)3：虛擬機(jī)熱遷移的無縫切換技術(shù)

  虛擬機(jī)熱遷移是把正在服務(wù)的虛擬機(jī)從一臺(tái)物理服務(wù)器遷移至新的物理服務(wù)器。虛擬機(jī)短暫宕機(jī)時(shí)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)包由于無法到達(dá)虛擬機(jī)而被丟棄。閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器首次提出了一種虛擬機(jī)熱遷移的網(wǎng)路無縫切換方法，支持云計(jì)算資源的彈性伸縮。虛擬機(jī)之間的切換和數(shù)據(jù)交換經(jīng)常發(fā)生，切換的性能和穩(wěn)定性是云計(jì)算管理中的重要指標(biāo)。當(dāng)虛擬機(jī)在原物理服務(wù)器宕機(jī)后，緩存后面到來的數(shù)據(jù)包;在虛擬機(jī)在目標(biāo)物理服務(wù)器重啟后，轉(zhuǎn)發(fā)原虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包。

  創(chuàng)新點(diǎn)4：不透明安全模式

  問題場(chǎng)景：在傳統(tǒng)網(wǎng)卡芯片設(shè)計(jì)里，服務(wù)器軟件直接配置控制芯片。服務(wù)器上的惡意代碼可以訪問網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，惡意代碼可以對(duì)芯片進(jìn)行任何操作，篡改數(shù)據(jù)包或者癱瘓網(wǎng)卡。閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器首次提出了在萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器中設(shè)置不透明安全模式，提供網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)。

  網(wǎng)迅科技研發(fā)的閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器芯片增加了不透明安全模式。在不透明安全模式下，服務(wù)器軟件無法改變網(wǎng)卡的控制寄存器。服務(wù)器與網(wǎng)卡的操作界面被嚴(yán)格限制為數(shù)據(jù)流操作。網(wǎng)卡對(duì)服務(wù)器就像是黑盒，而所有的操控都由片上的邊帶管理模塊發(fā)起。如果服務(wù)器需要配置芯片，它必須向邊帶管理模塊提出請(qǐng)求并通過邊帶管理模塊的認(rèn)證。

  創(chuàng)新點(diǎn)5：實(shí)際小包傳輸速率的顯著提升

  閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器芯片運(yùn)用了多種優(yōu)化技術(shù)達(dá)到實(shí)際小包傳輸速率的提升。雖然很多芯片在設(shè)計(jì)上能夠達(dá)到線速，但是實(shí)際上卻由于CPU的性能和并行性瓶頸而達(dá)不到線速。網(wǎng)迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器優(yōu)化內(nèi)部DMA模塊，實(shí)現(xiàn)了發(fā)送端QoS和隊(duì)列仲裁的并行性操作，發(fā)送端讀取數(shù)據(jù)指示符和讀取數(shù)據(jù)報(bào)文的并行性操作，接收端數(shù)據(jù)包過濾，以及讀取數(shù)據(jù)指示符和回寫數(shù)據(jù)報(bào)文的并行性操作。同時(shí)，簡(jiǎn)化了軟件驅(qū)動(dòng)程序處理包的流程，降低CPU的工作量。

  據(jù)王博士介紹，網(wǎng)迅科技編制了萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器的一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立了十個(gè)評(píng)價(jià)方面，每個(gè)評(píng)價(jià)方面包含一些重要的功能與性能指標(biāo)(每個(gè)指標(biāo)1分)，最高分?jǐn)?shù)為77分。通過10大類總共77項(xiàng)的對(duì)比，閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器得分最高(67分)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并在虛擬化和網(wǎng)絡(luò)安全方面達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

  2018年5月5日，中國(guó)指揮與控制學(xué)會(huì)在北京舉行“閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)智能控制器”科技成果鑒定會(huì)。倪光南、費(fèi)愛國(guó)、王子才等11位中國(guó)工程院、中國(guó)科學(xué)院的兩院院士，以及19位來自軍隊(duì)科研院所、軍工集團(tuán)、知名高校和企業(yè)的專家參加了會(huì)議。北京網(wǎng)迅科技有限公司研制的“閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)智能控制器”是計(jì)算與存儲(chǔ)設(shè)備必備的核心部件，主要作用是負(fù)責(zé)設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)輸入輸出數(shù)據(jù)的控制與處理。與會(huì)院士、專家認(rèn)為，這是我國(guó)第一款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)級(jí)萬兆以太網(wǎng)控制器芯片，對(duì)于打破國(guó)外壟斷，確保國(guó)家信息安全具有十分重要的意義。

  目前，網(wǎng)迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器芯片與申威、飛騰、龍芯等國(guó)產(chǎn)CPU平臺(tái)，和麒麟、深度等國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)適配成功，并在多家國(guó)內(nèi)主流服務(wù)器平臺(tái)測(cè)試良好，經(jīng)國(guó)家級(jí)測(cè)評(píng)中心測(cè)試。芯片已經(jīng)量產(chǎn)15000余片，生產(chǎn)/銷售網(wǎng)卡5000余張。