Tinklo procesoriai
Turinys
Tinklo procesoriai pranašauja Interneto revoliuciją 2
Ar daug kas girdėjote apie kompaniją MMC? Matyt, nelabai daug. 2
Didžiausi konkurentai 3
Vietoj šynos 3
Standartiniai produktai 4
NISC architektūra 4
Mažiau ir mažiau 4
DSP procesoriai 6
ADSP – 21XX šeima 6
21xx šeimoje yra šie bazinės architektūros elementai 7
ADS 7
Tinklo procesoriai pranašauja Interneto revoliuciją
Tinklo procesoriai gali iš esmės pakeisti internetinės struktūros
kūrimą. Griežtas spartaus naujų sprendimų įdiegimo rinkoje reikalavimas
sąlygos standartinių programinės įrangos valdomų tinklo procesorių galią
išstumti specialiais integriniais grandynais ASIC (Application Specific
Integrated Circuit – taikomoji integrinė schema) paremtus įįrenginius. Švedų
savaitraštyje „Elektronik i Norden“ skelbiamame interviu amerikiečių
kompanijos MMC specialistas Robinas Melnickas dėsto savo nuomonę apie šias
tendencijas.
Ar daug kas girdėjote apie kompaniją MMC? Matyt, nelabai daug.
„Bet faktiškai būtent MMC ir išrado tinklo procesoriaus koncepciją“, –
sako rinkodaros skyriaus šefas Robinas Melnickas. „Mes vadiname save
„Network Processor Company“ ir šią sąvoką saugome kaip prekės ženklą ir
JAV, ir Europoje.“
MMC tinklo procesoriumi vadina procesorių, kuris visiškai valdomas
programinės įrangos ir optimizuotas kelių rūšių tinklo įrangai.
„Tinklo procesoriai turėtų sukelti revoliucinius pokyčius taip, kaip iir
kuriama Interneto struktūra.
Tie pokyčiai prasidės tuomet, kai įranga su procesoriais, kurie
programuojami aparatūriškai, bus pakeisti programine įranga valdomais
procesoriais.“
Kompanijos MMC rinkodaros skyriaus šefas Robinas Melnickas.
Viską lemia sąvoka „time-to-market“ (laikas iki patenkant į rinką).
Jei, pavyzdžiui, naudojama ASIC, galima gauti tai, ko norima, bet reikia
palaukti keletą metų. O šiandieninėje situacijoje net ir mėnesiu
suvėlavimas gali kainuoti milijoninius nuostolius. Visi nori gauti jiems
reikalingus produktus greitai, todėl jie nori nenori pradės naudoti tinklo
procesorius.
„Didžiausias mūsų klientas yra Cisco, kuriam tenka apie 25 proc.
kompanijos apyvartos. Taip buvo iki tol, kol ši kompanija nusipirko
Aeropoint, didžiausią tinklo internetinių komutatorių gamintoją. Bet
Aeropoint irgi mūsų klientas, todėl dabar Cisco iš viso nuperka 40 proc.
mūsų gaminių.
Nortel, Lucent, Alcatel, Fujitsu – tai kiti mūsų klientai, naudojantys
tinklo procesorius. Tai didelės kompanijos, gaminančios šimtus įvairių
įrenginių, o tai reiškia, kad jiems dirba dideli konstruktorių, norinčių
patys spręsti, kaip turi atrodyti jų gaminys, kolektyvai. Kiekviename
tokiame kolektyve rasime po kelis tuzinus žmonių, vartojančių tinklo
procesorius.“
Didžiausi konkurentai:
„Didžiausi mūsų konkurentai yra ne Intel, Motorola ar IBM, kurios
gamina ppanašius produktus. Blogiau yra, kai ASIC kuriančios kompanijos vis
dar bando įsiūlyti mūsų potencialiems klientams savo pasenusią įrangą.
Todėl mums tenka visą laiką bendrauti su klientais ir įtikinėti juos
nebijoti naujovių.“
Šiuo metu stengiamasi padidinti tinklo procesorių spartą. Sparčiausi
šiandieniniai lustai skiriami OC-48 lygmeniui (2,4 Gb/s). MMC neseniai
pristatė savo strateginį planą, kuriame numatoma sukurti tinklo procesorių
OC-192c (10 Gb/s) lygmeniui. Tikimasi, kad pirmieji šios serijos gaminiai
pasirodys dar 2001 m.
„Neseniai mes taip pat sukūrėme tinklo procesoriams C kalbos
kompiliatorių. Svarbiausia to pasekmė ta, jog dabar mūsų procesoriai
pasidarė paprasčiau programuojami. Šis gaminys labai sutrumpino tinklo
procesorių kelią iki rinkos. Anksčiau programas reikėdavo rašyti
„Assembleriu“. Mūsų konkurentų procesoriai iki šiol tesupranta tik šią
kalbą.“
Asmeninis kompiuteris ir tinklo korta
Įdomu žvilgtelėti kokius dešimt metų atgal ir pasižiūrėti, kaip buvo
konstruojami maršrutizatoriai tuomet. Tuomet buvo naudojamas bendras CPU
(Central Processing Unit – centrinis procesorių blokas), prie kurio per
šyną prijungdavo daug tinklo kortų. Patį maršrutizavimą atlikdavo
programiškai. Ir dabar galima sukurti maršrutizatorių iš įprastinio
asmeninio kompiuterio ir poros tinklo kortų, bet toks sprendimas bus labai
lėtas.
Kai buvo pradėti kelti didesni reikalavimai spartai, bendro CPU
neatsisakyta, bet kiekviena linijos korta buvo papildoma paskirstytuoju
CPU, MAC ir PHY. Visa tai ir toliau jungiama prie procesoriaus per šyną.
Šitaip, pavyzdžiui, atrodo Cisco 7500.
Vietoj šynos
Šiandien lėtąją šyną keičia „audinys“ arba kryžminiai perjungikliai.
Dešimtis linijos kortų galima jungti prie vienintelio kryžminio
perjungiklio, grindžiamo specialiai sukurtu, labai sparčiu ASIC.
Kiekvienoje linijos kortoje signalai daugiausia apdorojami paskirstytojo
ASIC. Kažkur visoje šioje schemoje dar yra ir bendras procesorius.
Bet ką daro pats maršrutizatorius? Jis priima paketą, nustato kur link
jį reikia pasiųsti, nurodo, į kurį portą jis turi būti perduotas, galbūt
pagerina šiek tiek QoS (paslaugų kokybė) ir numato galimus atsarginius
paketo maršrutus. Visa tai atlieka specialiai sukonstruotas ASIC,
prižiūrimas centrinio CPU.
„Šio sprendimo trūkumas, dėl kurio mes ir stengiamės įtikinti klientus
ieškoti geresnių variantų, yra iilgas įrangos kelias iki rinkos. Aišku, ASIC
galima pagaminti labai sparčius, bet tai užtruktų dvejus trejus metus. Kai
jie galiausiai pasiektų klientus, grandynų funkcijos būtų „kietai“
įrašytos, ir jei reiktų ką nors keisti, tektų vėl laukti.“
„Tinklo procesoriaus pranašumas yra tas, jog klientas gali pasiimti
mikroschemą iš mūsų sandėlio ir iš karto užprogramuoti jame tas funkcijas,
kokių jam reikia. Viena vertus, tai galima padaryti daug greičiau nei kurti
naują mikroschemą, kita vertus, paprasčiausiai nesunku prireikus padaryti
reikiamas korekcijas. Taigi, galima kalbėti ne vien apie trumpesnį „time-to-
market“, bet ir apie pailgėjusį „time-in-market“.
Standartiniame MMC asortimente rasime ir programiškai valdomų linijos
kortoms procesorių ir kryžminių perjungiklių. Tinklo procesorių šeima buvo
pakrikštyta nP, o kryžminiai perjungikliai su atitinkama srautų vadybos
įranga – nPX. Srautų valdymo įranga gali, pavyzdžiui, praplėsti arba
apriboti atskiriems vartotojams priklausančią dažnių juostą; šias funkcijas
vykdo nPX gaminių aparatūrinė įranga.
Standartiniai produktai
„Dabar mes matome, kaip nuo ASIC paremtų specializuotų gaminių
pereinama prie standartinių produktų, kurių funkcijas galima keisti
programiškai. Prieš aštuonerius devynerius metus kiekvienas tinklų įrangos
gamintojas kūrė savo fiziniam sluoksniui (PHY) skirtas mikroschemas. Dabar
to praktiškai nebedaro niekas. Tokie gamintojai kaip PMC, AMCC ar Vitesse
tiekia standartinius produktus su įrašytomis reikalingomis funkcijomis.“
Dabar taip pat pastebima tendencija, jog panašiai nuo ASIC prie
standartinių produktų pereinama vis aukštesnės ir aukštesnės pakopos
komponentuose. Iš jų visų tinklo procesoriai yra patys sudėtingiausi, nes
turi savyje labai daug paketų modifikavimui ir manipuliavimui reikalingos
inteligencijos. „Jų vertė yra ta, kad konstravimo ciklas labai sutrumpėja.
Normaliai ASIC konstravimas užtrunka nuo 15 iki 30 mėnesių. Naudojant
standartinius produktus ši trukmė sumažėja labai žymiai. Bet iš tikrųjų
didelių laimėjimų gaunama tuomet, kai reikia sukurti tobulesnes prietaiso
versijas. Mūsų koncepcija leidžia perprogramuoti procesorių. Netgi nereikia
nieko keisti įrangos plokštėje. Visiškai naujas gaminys šitaip atsiranda
per 69 mėnesius.“
NISC architektūra
Pačiame procesoriuje nėra CPU, tikrąja šio žodžio prasme, nes jam
keliamos visai kitos užduotys nei įprastiniam CPU. Procesorius privalo
greitai permesti duomenis sistemos viduje. Pati šerdis sukonstruota
kompanijos specialistų; joje naudojama NISC architektūra (Network-optimized
Instruction Set Computing device – tinklui optimizuoto instrukcijų rinkinio
skaičiuojantis prietaisas). Pavadinimas atspindi tai, jog procesorius gali
atlikti daug tinklui būdingų užduočių turėdamas tik vieną instrukciją, –
pavyzdžiui, prikabinti prie paketo antraštę. Bendras instrukcijų skaičius
siekia apie tuziną.
MMC konkurentai vietoj to įsigyja kurios nors RISC šerdies licencijas.
Pavyzdžiui, Intel savo tinklo procesoriuos naudoja kelias StrongARM šerdies
iteracijas, o Motorola savuosiuose tinklo procesoriuose – net 16 MIPS
šerdies iteracijų. Visa tai daroma siekiant padidinti procesoriaus spartą.
Bet tokį kelią sąlygoja pora problemų – viena jų yra sklaidomoji galia. Kai
ji pasiekia nuo 20 iki 40 W, procesoriai gerokai įšyla. MMC procesorius
nP7120, skirtas OC-48 spartoms, turi tik dvi šerdis, todėl šiuo atveju
išsiskiria mažesnė nei 4
W galia.
MMC buvo įkurta 1992 m., o biržoje užregistruota 1997 m. Kalbama, kad
kompanija susijungs su svarbiausiu PHY mikroschemų gamintoju AMCC iš San
Diego. Po susivienijimo bendra abiejų kompanijų rinkos vertė sieks 4,5
mlrd. dolerių – naujoji firma bus didžiausia pasaulyje komunikacijoms
skirtų integrinių grandynų gamintoja bei antra pagal dydį puslaidininkių
pramonės įmonė Jungtinėse Valstijose.
Mažiau ir mažiau
Ta pati galia už pusę kainos. Arba dvigubai didesnė sparta už tą pačią
kainą. Maždaug šitaip skamba IBM korporacijos kalba apie savo naująją Unix
tarnybinę stotį „IBM p690″. VViena iš svarbiausių šios sėkmės priežasčių
buvo tai, jog IBM darbo kokybei ir patikimumui pagerinti pritaikė
didžiuosiuose kompiuteriuose naudojamas technologijas.
Naujausioje IBM Unix tarnybinėje stotyje (serveryje) „IBM p690″, dar
vadinama „Regatta“, pritaikytos didžiuosiuose kompiuteriuose naudojamos
technologijos, perimtos iš kompiuterio „IBM eServer z900″.
„IBM eServer z900″.
1 pav. Šio padėklo procesoriai pasaulyje galingiausi
„IBM p690″naudojami procesoriai Power4, kuriuos IBM darbuotojai vadina
„ištisa sistema
viename luste“. Power4 luste yra du PowerPC procesoriai, kiekvienas veikia
1,1 arba 1,3 GHz sparta. Modulis dar turi sisteminį komutatorių, talpią
„cache“ atmintinę bei įvesties ir išvesties įįrenginius. Kiekviename Power4
netgi yra numatytos srovę taupančios funkcijos.
.
Procesorių moduliai sugrupuoti po aštuonis – iš viso decimetro dydžio
modulyje yra aštuoni procesoriai. Kiekvienas modulis siejasi per sisteminį
komutatorių, veikiantį 125 gigabaitų per sekundę sparta. Todėl sistema gali
realiu laiku apdoroti didelius duomenų, pavyzdžiui, vvideo kiekius. 125 GB/s
maždaug atitinka 25 DVD filmus per sekundę. Sistema turi 32 Power4
procesorius.
Visą sistemą įmanoma padalinti į virtualias mašinas arba „partitions“.
„IBM p690″ galima naudoti kaip vieną didelę daugiaprocesorinę skaičiavimo
mašiną arba 16 virtualių skaičiavimo mašinų, dirbančių pagal AIX 5L arba
„Linux“ operacijų sistemas. Dabar veikiantį kompiuterį dar neįmanoma
automatiškai perkonfigūruoti jam veikiant, pavyzdžiui, pasikeitus apkrovai,
tačiau visa tai bus galima padaryti pagal kitąmet pasirodysiančią naująją
AIX versiją.
1 lentelė. IBM dvigubai spartesnė nei konkurentai.
Patikimumui didinti IBM įrengė klaidas aptinkančią ir jas taisančią
aparatūrą tiek procesoriuose, tiek atmintinėse. Tie, kuriuos ypač domina
atspari klaidoms sistema arba kurie nori turėti superkompiuterio klasę
atitinkančią galią, gali sujungti kelis „IBM p690″ serverius į daugiau kaip
1000 procesorių turinčias sankaupas.
IBM mielai lygina „IBM p690″ su paskutiniu savo konkurento Sun
uniksiniu serveriu „Fire 15K“. Lyginant išmatuotus kompiuterių veikos
parametrus, naujoji IBM mašina yra maždaug dvigubai spartesnė už „Ultra
Sparc III“ procesorius turintį „Sun Fire 15K“.
2 pav. „Serveris viename luste“.Taip IBM apibūdina savo naująjį kūrinį.
„IBM dar nebaigė tobulinti savo serverių, – sako Rodas Atkinsas, kuris
kompanijoje atsakingas už tinklo serverių kūrimą. – Kitas mūsų žingsnis bus
IBM didžiųjų skaičiavimo mašinų technologijos įdiegimas visuose dideliuose
serveriuose. Šitaip mes siekiame pakeisti padėtį serverių rinkoje, kurioje
dabar dominuoja Intel gaminiai.“
„IBM p690″ su aštuoniais 1,1 GHz procesoriais, aštuonių gigabaitų
darbine atmintimi iir 36,4 GB mintimi kainuos apie du milijonus litų.
DSP procesoriai
Visiškai priešingu keliu nuėjo Analog Devices korporacija, kurdama
skaitmeninių signalų apdorojimo procesorius ADSP, kurie atlieka daugybж
sudėtingų operacijų per vienа mašinos taktа.
Trumpai susipažinkime su DSP procesorių architektūra nagrinėdami ADSP –
21xx programuojamų mikroprocesorių ir mikrokompiuterių šeimа.
ADSP – 21XX šeima
ADSP-21xx yra programuojami mP ir mK skaitmeninių signalų apdorojimui
(DSP) ir kitoms operacijoms, naudojantys modifikuotа Harvardo archtektūrа,
paremtа atskiromis duomenų ir instrukcijų magistralėmis (bus). ADSP- 2101
ir tolesni yra mK, paremti 2100 mP.
Jose be pagrindinių mP elementų yra 1K 16 bitų duomenų (data) RAM ir 2
k 24 bitų programų RAM, nuoseklūs bei lygiagretūs (2111) uostai, taimeris
bei pertraukimų ralizavimo mazgai. Per vienа taktа (cycle) mP paima (fetch)
operandа iš vidinės duomenų atminties, operandа iš vidinės programų
atminties ir kitа instrukcijа iš vidinės programų atminties. mK pagaminti
greitaveikio 1.0 mk dvigubo sluoksnio (double layer) metalizuoto KMOP
(CMOS) proceso pagrindu ir dirba 50 MHz vidiniu, bei 12,5 MHz išoriniu
sinchrodažniu, realizuodami visas komandas per 80 ns. ADSP-2101 būna 68
kojelių PGA (pin grid array) ir 68 laidelių PLCC (plastic leaded chip
carrier) korpuse.
21xx šeimoje yra šie bazinės architektūros elementai :
– Aritmetinis – loginis įrenginys ALU (Arithmetic – Logical Unit);
– Daugintojas – akumuliatorius MAC (Multiplier – Accumulator);
– Postūmiklis BS (Barrel Shifter);
– Du duomenų aadreso generatoriai DAG (Data Address Generators);
– Programų sekiklis PS (Program Sequencer);
Efektyvus duomenų perdavimas pasiekiamas naudojant penkias vidines
magistrales:
1. Programų atminties adreso PMA (Program Memory Address);
2. Programų atminties duomenų PMD (Program Memory Data);
3. Duomenų atminties adreso DMA (Data Memory Address);
4. Duomenų atminties duomenų DMD (Data Memory Data);
5. Rezultato R (Result):
ADS
ADSP-21xx asembleris pagrįstas paprastai skaitoma ir koduojama
algebrine sintakse, skaičiavimų ir duomenų perdavimų šaltiniai ir kryptys
yra tiesiogiai rašomi kiekviename asemblerio teiginyje (statment),
išvengiant specialių mnemoninių pažymėjimų. Kiekviena instrukcija telpa 24
bitų žodyje ir yra įvykdoma per vienа taktа. Yra 5 pagrindinės instrukcijų
kategorijos: duomenų perdavimo (data move), skaičiavimo (computational),
programų srautų valdymo (flož control), kitos instrukcijos.
P – 21XX mikrokompiuterių blokine schema
IŠVADOS
Tinklo procesoriai gali iš esmės pakeisti internetinės struktūros
kūrimą. Griežtas spartaus naujų sprendimų įdiegimo rinkoje reikalavimas
sąlygos standartinių programinės įrangos valdomų tinklo procesorių galią
išstumti specialiais integriniais grandynais ASIC (Application Specific
Integrated Circuit – taikomoji integrinė schema) paremtus įrenginius. Švedų
savaitraštyje „Elektronik i Norden“ skelbiamame interviu amerikiečių
kompanijos MMC specialistas Robinas Melnickas dėsto savo nuomonę apie šias
tendencijas.
Procesoriai –pagrindinis kompiuterių elementas. Jis apdoroja
informacija,be ju negalimas joks veikimas.Jiems yra skiriama daug
demesio.Kuriami vis naujesni, galingesni, patogesni.
Šiame referate pasirinkti patys naujausi,arba vieni is naujesniu
procesorių,ju duomenys,galimybės. Pasirinkta pagrine triju firmų
procesoriai. Rinkausi procesorius, nes jie mane domuina. Turi daug reiksmės
ateityje, kur be procesorių nneimanoma jokia perdavimo.susisiekimo ir kita
techologija.
