Последовательный RapidIO против 10 Gigabit Ethernet

Google Docs vs Dropbox Paper (June 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Понимание различий, недостатков и преимуществ каждого

КАШИФ ХАСНИ
Интегрированная технология устройств, Сан-Хосе, Калифорния
www.idt.com

Взрыв мультимедийного контента для мобильных приложений породил эволюцию в беспроводных сетях. Должны быть разработаны высокопроизводительные системы, чтобы не отставать от требований увеличения трафика передачи голоса и данных. Чтобы оставаться впереди на яростно конкурентном рынке, разработчики системы должны выбрать масштабируемый стандарт межсоединений, который обеспечивает максимальную производительность, стоимость, мощность и надежность. Serial RapidIO (S-RIO) является единственным протоколом, который отвечает конкретным потребностям приложений беспроводной обработки базовой полосы, хотя 10 гигабитный Ethernet (10GE) иногда рассматривается как альтернативное решение.

Рисунок 1. Эффективная коммуникация в кластере высокопроизводительных элементов обработки является ключевым соображением для беспроводных систем базовых диапазонов.

Чтобы понять различия между 10GE и S-RIO, нужно взглянуть на историю развития двух стандартов. Ethernet был разработан для сетей больших сетей LAN или WAN с допущением, что мощные процессоры будут доступны для увеличения стека протоколов программного обеспечения. Характер транзакций в этих типах сетей обычно включает в себя большие потоки трафика данных с большими размерами полезной нагрузки. Однако обработка беспроводной базовой полосы имеет разные требования. В беспроводной системе высокопроизводительные элементы обработки, несущие как трафик управления, так и данные, должны быстро и надежно связываться друг с другом. Serial RapidIO был разработан для поддержки этих типов требований.

Вопросы эффективности:

Беспроводные протоколы 3G + и 4G и архитектуры расширенной антенной системы (AAS) требуют сильной и предсказуемой производительности системы. Для решения этих требований в RapidIO уделялось особое внимание латентности и эффективности протокола. Чтобы минимизировать задержку, RapidIO был разработан с небольшим заголовком пакета и простой архитектурой маршрутизации, основанной на идентификаторах Destination (DestID). Эта простая функция транспортного уровня позволяет использовать задержки сквозного переключения суб-100-n. RapidIO предоставляет возможность «топать» пакеты в полете, позволяя коммутатору пересылать пакет до того, как весь пакет будет принят (stomp - это управляющий символ, используемый в протоколе RapidIO, чтобы отменить частично переданный пакет в случае ошибки), Это обеспечивает общую производительность системы без ущерба для надежности. Если в отправляемом пакете обнаружена ошибка, порт RapidIO может просто топать пакет при передаче без необходимости вмешательства программного обеспечения.

Напротив, пакеты 10GE имеют гораздо большие заголовки, что приводит к более высокой задержке при общении с другими элементами обработки. Для сетей типа LAN и WAN большие размеры пакетов могут компенсировать большой размер заголовка и связанные с этим накладные расходы. Тем не менее, трафик в беспроводных приложениях обычно меньше по размеру и более частым числом, чем трафик, связанный с моделью LAN / WAN. Для этого типа трафика с небольшими полезными нагрузками большие заголовки пакетов 10GE отрицательно влияют на эффективность каждой транзакции и ухудшают общую производительность системы. Латентные задержки 10GE уровня 2 также намного больше, чем задержки, наблюдаемые при использовании S-RIO, что значительно выше 200 нс в сценариях наилучшего варианта. Ethernet не может топать в полете пакетов. Вместо этого он передает пакеты как «лучшее усилие» и полагается на программное обеспечение на уровне 3 или 4, чтобы проверить целостность содержимого пакета.

Достижение надежности без снижения производительности:

Надежность заключается в том, что RapidIO светит. Схема подтверждения, встроенная в аппаратное обеспечение, предотвращает выпадение пакетов и гарантирует доставку. Механизм надежной доставки пакетов обрабатывается на физическом уровне и выполняется исключительно в аппаратном обеспечении. Обработка пакетов в аппаратном обеспечении оказывает значительное положительное влияние на производительность системы. Поскольку надежная доставка достигается без вмешательства программного обеспечения, транзакции не откладываются программными подпрограммами. С стандартом 10GE физический уровень управляет доставкой пакетов только на уровне максимального усилия (то есть пакеты могут быть удалены). Гарантированная доставка пакетов требует обхода уровня TCP, где надежные механизмы доставки могут быть реализованы в программном обеспечении.

Доступ к программному уровню занимает ценное время, потребляет ресурсы обработки и снижает производительность системы. Это программное обеспечение может привести к задержкам системы более десяти микросекунд для 10GE-проектов. Напротив, задержки системы S-RIO составляют всего около одной микросекунды. Повторные передачи пакетов еще сложнее в системах 10GE и могут потреблять десятки микросекунд. Однако для проектов S-RIO передача пакетов прозрачна, полностью обрабатывается аппаратными средствами и занимает менее микросекунды. Кроме того, зависимость от программного обеспечения для гарантированной доставки пакетов приводит к недетерминированным системным задержкам. В зависимости от того, какие программные подпрограммы работают во время прихода пакета, время, необходимое для завершения операций доставки пакетов, несколько непредсказуемо. Опора 10GE на программное обеспечение для гарантированной доставки пакетов делает его плохой выбор для систем, которые оценивают низкую и детерминированную задержку.

Речь идет о стоимости системы, а не стоимости устройства:

10GE требует наличия процессора для запуска программного обеспечения, которое реализует стек протокола. Это управление стеком программного обеспечения добавляет дополнительные затраты на обработку и снижает эффективность системы. Ethernet может потреблять от 15-30% производительности обработки для управления стеком программного обеспечения. Для процессора стоимостью 100 долл., Который может составлять невидимые затраты системного межсетевого соединения от 15 до 30 долл. За процессор. В системе RapidIO, где протокол минимизирует зависимость от программного обеспечения, чтобы снизить нагрузку на процессор, эти сбережения могут быть использованы для более быстрых процессоров, что приводит к созданию более высокопроизводительных систем, которые могут быть разработаны с меньшими затратами.

Мощность системы:

Снижение нагрузки на процессор, требуемое для обработки протокола RapidIO, также приводит к снижению мощности системы. Поскольку использование протоколов с несколькими гигагерцами уменьшено для управления протоколом, энергопотребление системы сведено к минимуму. Это также сокращает затраты на управление температурой и снижает сложность системы. В системах 10GE увеличение использования ресурсов обработки может привести к повышению мощности системы.

Масштабируемость дает конкурентное преимущество:

Рынок беспроводной инфраструктуры является высококонкурентным. Поскольку производители конкурируют друг с другом, чтобы предлагать больше подписчиков на линейную карту, создание масштабируемых систем имеет первостепенное значение. Разработчики системы должны проектировать архитектуру, которая может быть легко модифицирована, чтобы соответствовать изменениям в производительности. Система RapidIO может легко масштабироваться от самой низкой скорости до максимальной скорости, используя тот же набор регистров. Доступные скорости порта - 1, 2, 2, 5, 4, 5, 8, 10, 16 и 20 Гбит / с. В отличие от этого, Ethernet требует нового набора регистров и исчерпывающих изменений в системном программном обеспечении, чтобы перейти от одной гигабитной скорости до 10 Гбит / с. Другим важным недостающим компонентом экосистемы 10GE является наличие небольших переключателей количества портов. Большинство устройств обращаются к объединительной плате большого объёма портов или устройствам агрегации со многими 1 портами GE и только двумя портами 10GE.

Преимущества S-RIO включают низкую и детерминированную латентность, снижение нагрузки на системные процессоры, высокую надежность и отсутствие связи между процессорами и программным обеспечением для управления протоколом. Эти преимущества сделали S-RIO стандартным протоколом выбора для беспроводных приложений. Из-за его недостатков 10GE обычно отбрасывается как жизнеспособный протокол для беспроводных приложений основной полосы частот. С RapidIO разработчики могут создавать масштабируемые системы, которые максимизируют производительность, сводя к минимуму мощность и стоимость, и могут позволить им выйти на высококонкурентный рынок. ■

Таблица 1. Резюме различий между 10GE и S-RIO
Атрибут RapidIO 10GE
Представление Ширина полосы пропускания для каждого порта 20 Гбит / с ~ 100 нс Детерминированный, ~ 1us 10 Gbps200 ns + 10ms "> Недетерминированный, > 10 мс
Стоимость Дополнительный процессор overheadVolume цена за 10 Гбит / с None ~ $ 4 Высокие $ 10 +
Мощность Мощность из-за нагрузки на обработку Низкий Высокая
надежность Гарантированная доставка пакетов Работа с оборудованием Требуется вмешательство программного обеспечения
Масштабируемость Переход от низкой к высокой скорости Simples Необходимы изменения программного обеспечения