论一颗400Gbps边缘数据中心交换机IC该有的模样

shuszhao · 发表于 2019-6-6 08:54:51

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互联设备的爆炸式增长和以数据为中心的服务正对连接带宽、计算能力和数据存储产生前所未有的需求。如此迅速的变化正迫使基础设施供应商必须能够提供基于性能优化的CPU、定制SOC、卸载和加速芯片的新架构，以及更具弹性的解决方案，而不仅仅只关心性能的提高，效率和总拥有成本(TCO)同样重要。
互联设备的爆炸式增长和以数据为中心的服务正对连接带宽、计算能力和数据存储产生前所未有的需求，750亿互联设备也需要新的体系结构来保护信息和基于数据的服务。IDC的一项调查显示，从边缘到核心到云构建起来的全球数据圈正呈现出快速增长的趋势，到2025年将增长到175泽字节(ZB)，平均每天产生2.5艾字节(1艾字节=10的18次方字节)数据。其中，30%的数据将是关键/时间敏感型，需要<1ms的响应时间。
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所以，Marvell中国区总经理、销售副总裁Pohan Chiang认为，如此迅速的变化正迫使基础设施供应商必须能够提供基于性能优化的CPU、定制SOC、卸载和加速芯片的新架构，以及更具弹性的解决方案，而不仅仅只关心性能的提高，效率和总拥有成本(TCO)同样重要。另一方面，随着新服务对低延迟的需求，计算能力在网络边缘正变得越来越重要。正确的做法，就是将更多的数据处理放在边缘侧处理，而不是将其都传输到数据中心或云端进行处理，从而带来较长的延时。
基于这样的需求，可组合基础设施应用而生。在可组合基础设施中，计算、存储和网络等资源通过软件进行管理，消除了传统上通过配置硬件来支持特定应用的必要。这就要求数据中心采用新技术以支持组合式基础架构的部署，同时降低能耗、实现低延迟和缩减占用空间。
为此，Marvell于今年3月推出了带宽高达12.8Tbps，支持32个400Gbps端口和256个50 Gbps端口网络吞吐量的新一代以太网交换芯片Prestera CX 8500，专为采用可组合基础设施的边缘和私有数据中心而设计。
该产品的推出得益于Marvell在2018年以60亿美元价格完成对Cavium公司的收购。在此之前，Marvell产品更多聚焦于存储控制器、交换机、Wi-Fi等方面，合并后的新公司结合了Cavium在SoC处理器、网络通讯、安全芯片等领域的优势，能够为客户提供一个更完整的平台。同时，也标志着Marvell将向云端、边缘互连全覆盖的方向转型，即全方位聚焦于基础设施、云端控制、物联网层级领域。
2018-2019财年，Marvell核心业务增长率高达21%，对Cavium的收购功不可没。Pohan Chiang认为公司资源有限，通信基础设施将会成为Marvell未来发展的重点之一。因此，公司近期又对旗下业务部门结构进行了调整，在将Wi-Fi/蓝牙业务出售给NXP的基础上，重金收购两家新公司：Aquantia和Avera，前者是一家多千兆级以太网连接技术领导厂商，后者则是由GlobalFoundries ASIC解决方案部门独立出来的IC设计公司，Marvell希望能够借此在网络定制ASIC上做的更加出色。
Marvell网络事业部产品营销总监Eric Yeh表示，目前，全球前几大数据中心供应商仍然采用集中化式的管理，是因为他们相信未来的数据既是在近端产生，也是在近端被加以利用，这也是“边缘数据中心”概念被提出的根本原因。
在他看来，越来越多的客户希望信息和资料留在边缘，尤其是企业网。企业不一定要自建或租用大型云端数据中心，通过边缘数据中心，用户就可以在边缘或者是企业网内部实现对数据的使用，既保证了安全性，又得到了最低的延迟、成本和弹性，是一个新兴的商机。
因此，为边缘侧数据处理而生的CX 8500应该可以根据不同要求，通过加减模组中的芯片数目，做适合具体应用的优化方案，以覆盖2-12.8Tbps的传输需求。毕竟边缘侧数据量没有云端那么大，可能会有1-4T不等的带宽需求，如果强迫用户去使用原本用于数据中心里的芯片，显然是不适合的。
作为一款模组化的芯片，CX 8500在可扩展性、散热性以及I/O接口方面更具优势。除了前文谈到的支持2-12.8Tbps传输需求外，功耗方面，在整个吞吐量和资料量增加一倍的情况下，系统功耗只有20%的增加。如果采用量化数据衡量，4颗CX 8500芯片加外围芯片的总功耗仅有3.36KW。
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同时，CX 8500还提供了25Gbps和50Gbps两种I/O选择，最多支持1000个接口，远高于传统交换机IC所支持的128个接口数目，从而在系统层级降低35%以上的能耗，并多出25%的总缓存空间，这在目前的市场上是绝无仅有的。
考虑到光纤通道不允许发生任何掉包的现象，所以Marvell在设计中特别针对Prestera CX 8500的延迟和掉包现象做了严格监控，并通过RDMA技术对每一个连接实施监控。这意味着当出现数据溢出时，CX 8500会主动将数据转移到其它区块，以达到分流的效果。
存储感知流引擎(Storage Aware Flow Engine,SAFE)技术和切片太比特以太网路由器转发架构(FASTER)技术是CX 8500具备的另外两把利器。
前者通过保持每条流的可见性，提供先进的遥测和全面诊断，及时识别和解决网络拥塞，让用户可以深入了解网络流量并有效编排虚拟储存，从而更好的管理可组合基础设施的网络复杂性。
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后者由于引入了高基内核和基于拥塞识别的负载平衡，使得用户可通过FASTER 技术启用虚拟化实现可扩展性，减少网络层数并降低复杂度，允许边缘数据中心网络缩减为一层，从而降低功耗、空间和延迟。Marvell方面提供的数据显示，FASTER技术的引入，可以将网络总体成本降低50%以上。
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Prestera CX系列由CPSS软件套件(Core Prestera Software Suite)支持，并与Prestera DX和EX系列的API兼容。此外，该系列的参考设计和白盒系统受到开放计算项目(OCP)推出的开放网络操作系统SONiC量产版本的支持。SONiC支持在复杂环境中进行智能数据存储和机器学习所需要的高级数据中心功能。Marvell还与包括Aricent在内的第三方NOS供应商合作，帮助客户加快产品面市。