Serial RapidIO vs 10 Gigabit Ethernet

Introduction to Serial RapidIO® (SRIO) by IDT (Július 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

A különbségek, hátrányok és előnyök megértése

KASHIF HASNI
Integrált eszköztechnológia, San Jose, CA
www.idt.com

A mobil alkalmazások multimédiás tartalmának robbanása a vezeték nélküli hálózatok fejlődését eredményezte. Nagy teljesítményű rendszereket kell kifejleszteni, hogy megfeleljen a fokozott hang- és adatforgalom követelményeinek. Annak érdekében, hogy továbbra is erőteljesen versenyképes piacon maradhassanak, a rendszertervezőknek skálázható összekapcsolási szabványt kell választaniuk, amely a legjobb teljesítményt, költségeket, teljesítményt és megbízhatóságot nyújtja. A soros RapidIO (S-RIO) az egyetlen olyan protokoll, amely a vezeték nélküli alapsáv-feldolgozó alkalmazások egyedi igényeit kielégíti, bár a 10 gigabites Ethernet (10GE) néha alternatív megoldásnak tekinthető.

1. ábra A nagy teljesítményű feldolgozóelemek fürtjein belüli hatékony kommunikáció kulcsfontosságú szempont a vezeték nélküli alapsávrendszerekben.

Annak érdekében, hogy megértsük a különbségeket a 10GE és az S-RIO, meg kell vizsgálni a történelem fejlődését a két szabvány. Az Ethernet-t nagy LAN vagy WAN típusú hálózatokhoz tervezték, azzal a feltétellel, hogy erőteljes processzorok állnak majd rendelkezésre a szoftvermeglopok felhalmozására. Az ilyen típusú hálózatok tranzakcióinak jellege tipikusan nagy forgalmú adatforgalmat foglal magában. Azonban a vezeték nélküli alapsáv feldolgozása eltérő követelményeket támaszt. Egy vezeték nélküli rendszerben a nagy teljesítményű feldolgozóelemeknek, amelyek mind a vezérlő, mind az adatsugaras forgalmat továbbítják, gyorsan és megbízhatóan kell kommunikálni egymással. A Serial RapidIO-t úgy tervezték, hogy támogassa ezeket a követelményeket.

Teljesítmény szempontjából:

A 3G + és a 4G vezeték nélküli protokollok és az Advanced Antenna System (AAS) architektúrák erős és kiszámítható rendszer teljesítményt igényelnek. E követelmények kezelésére a RapidIO-ban külön figyelmet szenteltek a latencia és a protokoll hatékonysága. A késleltetés csökkentése érdekében a RapidIO egy kis csomagfejléccel és egy egyszerű útválasztási architektúrával lett megtervezve a célazonosító (DestID) alapján. Ez az egyszerű szállítási réteg funkció lehetővé teszi a 100-ns átmeneti átkapcsolási késleltetések csökkentését. A RapidIO lehetővé teszi a csomagok csomagolását a repülés során, lehetővé téve a kapcsolóeszköz számára a csomag átvitelét, mielőtt a teljes csomagot megkapja (a stomp a RapidIO protokollban használt vezérlő szimbólum, amely egy részlegesen továbbított csomagot hiba esetén töröl) . Ez a teljes rendszer teljesítményét a megbízhatóság veszélyeztetése nélkül érheti el. Ha egy továbbított csomagban egy hiba észlelhető, a RapidIO port egyszerűen feltörheti a csomagot a továbbításban, nem szükséges szoftveres beavatkozás.

Ezzel szemben a 10GE csomagok sokkal nagyobb fejlécekkel rendelkeznek, ami nagyobb késleltetést eredményez, ha más feldolgozóelemekkel kommunikál. LAN és WAN típusú hálózatok esetén a nagy méretű csomagok kompenzálhatják a nagy fejléc méretét és a kapcsolódó fejfedőt. A vezeték nélküli alkalmazások forgalma azonban általában kisebb méretű és gyakoribb, mint a LAN / WAN modellhez kapcsolódó forgalom. Az ilyen jellegű, kis terhelésű forgalom esetében a 10GE nagy csomag fejlécei negatívan befolyásolják az egyes tranzakciók hatékonyságát és romolják a rendszer általános teljesítményét. A 10GE rétegbeli 2 kapcsolási késleltetések is sokkal nagyobbak, mint az S-RIO-nál észlelt latenciák, jóval több mint 200ns a legjobb esetben. Az Ethernet nem tud repülni csomagokat. Ehelyett a csomagokat "legjobb erőfeszítésnek" tekinti, és a 3. vagy 4. rétegen lévő szoftverekre támaszkodva ellenőrzi a csomag tartalmának sértetlenségét.

A megbízhatóság elérése a teljesítmény akadályozása nélkül:

Megbízhatóság, ahol a RapidIO ragyog. A hardverbe épített nyugtázási rendszer megakadályozza a csomagok lemorzsolódását és garantálja a szállítást. A megbízható csomagszállítás mechanizmusa a fizikai rétegben történik, és pusztán a hardveren történik. A hardveres csomagok kézbesítésének jelentős pozitív hatása van a rendszer teljesítményére. Mivel a megbízható szállítást szoftver beavatkozás nélkül érik el, a tranzakciókat nem késlelteti szoftverrutinok. A 10GE szabvány szerint a fizikai réteg csak a legegyszerűbb erőforrás-szintű csomagküldést kezeli (azaz a csomagokat le lehet dobni). A garantált csomagküldéshez szükség van a TCP rétegbe való bejutásra, ahol a szoftverben megbízható szállítási mechanizmusok valósíthatók meg.

A szoftverréteg elérése értékes időt vesz igénybe, elfogyasztja a feldolgozó erőforrásokat és meggátolja a rendszer teljesítményét. Ez a szoftveres beavatkozás több mint tíz mikrosecondos rendszer késleltetést eredményezhet a 10GE-s minták esetében. Ezzel szemben az S-RIO rendszer késleltetése csak körülbelül egy mikrosodperc. A csomag átvitelek még összetettebbek a 10GE rendszereknél, és tízmásodperceket fogyasztanak. Az S-RIO modellek esetében azonban a csomag átvitelek átláthatóak, teljesen hardveresek, és kevesebb, mint egy mikrogrammot vesz igénybe. Továbbá a garantált csomagkiadás szoftverére való támaszkodás nem determinisztikus rendszer késleltetést eredményez. Attól függően, hogy milyen szoftverrutinok futnak a csomag érkezésének időpontjában, a csomagszállítási műveletek teljesítéséhez szükséges idő némileg kiszámíthatatlan. A 10GE a szoftvercsomag garantált csomagszolgáltatottságára való támaszkodása rossz választást jelent az alacsony és determinisztikus késleltetést értékelő rendszerek számára.

Ez a rendszerköltségről szól, nem csak az eszköz költségéről:

A 10GE megköveteli a processzor rendelkezésre állását annak érdekében, hogy futtassa a protokollcsomagot megvalósító szoftvert. A szoftvercsomag ezen kezelése növeli a feldolgozást és csökkenti a rendszer hatékonyságát. Az Ethernet a szoftvertárolók kezelésének 15-30% -át képes feldolgozni. Egy 100 dolláros processzor esetében ez nem jelentheti azt, hogy a processzoronként 15 és 30 dollár közötti összekapcsolási költségek jelentkeznek. A RapidIO rendszerben, ahol a protokoll minimálisra csökkenti a szoftverre való támaszkodást a processzorra nehezedő terhek csökkentése érdekében, a megtakarításokat a gyorsabb processzorok felé is fel lehet használni, ami magasabb teljesítményű rendszerekhez vezethet, amelyek alacsonyabb költséggel tervezhetők.

Rendszererősség:

A RapidIO protokoll kezeléséhez szükséges csökkentett processzorterhelés alacsonyabb rendszerteljesítményt eredményez. Mivel a több gigabájtos processzorok használatát csökkenti a protokollkezelés, a rendszer energiafogyasztása minimálisra csökken. Ez csökkenti a termikus kezelési költségeket, és ezáltal csökkenti a rendszer összetettségét. A 10GE-s rendszerekben a feldolgozó erőforrások nagyobb használata nagyobb rendszererősséget eredményezhet.

A skálázhatóság versenyelőnyt biztosít:

A vezeték nélküli infrastruktúra piaca rendkívül versenyképes. Mivel a gyártók egymással szemben állnak, hogy vonalkártyánként több előfizetőt kínáljanak, a méretezhető rendszerek kiépítése rendkívül fontos. A rendszertervezőknek olyan architektúrát kell tervezniük, amely könnyen módosítható a teljesítmény változásainak betartásához. A RapidIO rendszer egyszerűen skálázható a legalacsonyabb sebességtől a legnagyobb sebességéig ugyanazon regiszterkészlet segítségével. Az elérhető portok sebessége 1, 2, 2, 5, 4, 5, 8, 10, 16 és 20 Gbits / s. Ezzel szemben az Ethernet egy új regisztert és kimerítő módosításokat igényel a rendszerszoftverhez, hogy egy gigabites sebességtől 10 gigabites sávszélességig megy. A 10GE ökoszisztéma egyik fontos hiányzó komponense a kis portszámú kapcsolók elérhetősége. A legtöbb eszköz nagy portszámú hátlapot vagy aggregálóeszközöket kezel, amelyekben sok 1 GE port és csak két 10GE port van.

Az S-RIO előnyei közé tartozik az alacsony és determinisztikus késleltetés, a rendszerprocesszorokra nehezedő terhek, a nagy megbízhatóság, valamint a processzorok és a protokollok kezelésére szolgáló szoftverek közötti laza kapcsolódás. Ezek az előnyök miatt az S-RIO az alapértelmezett protokoll a vezeték nélküli alkalmazások számára. Hátrányainak köszönhetően a 10GE-t jellemzően a vezeték nélküli alapsávú alkalmazások életképes protokollaként dobják el. A RapidIO segítségével a tervezők képesek skálázható rendszereket építeni, amelyek maximalizálják a teljesítményt, miközben minimalizálják a teljesítményt és a költségeket, és lehetővé teszik számukra, hogy egy erősen versenyképes piacon haladjanak előre. ■

1. táblázat: A 10GE és az S-RIO közötti különbségek összegzése
Tulajdonság RapidIO 10GE
Teljesítmény Sávszélesség per portSwitch latencySystem Latency 20 Gbps ~ 100 ns Determinisztikus, ~ 1us 10 Gbps200 ns + 10ms "> Nem-determinisztikus, > 10 ms
Költség Extraprocesszoros overheadVolume ár 10 Gbps sebességgel Egyik sem ~ $ 4 Nagy $ 10 +
Erő Teljesítmény a feldolgozási teher miatt Alacsony Magas
Megbízhatóság Garantált csomagküldés Hardveres kezelés Szoftvert igényel
skálázhatóság Az alacsony és nagy sebességek között mozog simples Szoftveres változások szükségesek