100G إيثرنت IP للحوسبة الطرفية

100G إيثرنت IP للحوسبة الطرفية

الطابع الزمني: 9 مارس 2023 3:05 صباحًا
عقدة المصدر: 2002034

مهد وجود الإيثرنت في حياتنا الطريق لظهور إنترنت الأشياء (IoT). لقد ربطت Ethernet كل شيء من حولنا وخارجها ، من المنازل الذكية والشركات إلى الصناعات والمدارس والحكومات. تم العثور على هذه المواصفات في سياراتنا ، مما يسهل الاتصال بين الأجهزة الداخلية. أتاحت شبكة إيثرنت مراكز بيانات الحوسبة عالية الأداء ، وتسريع العمليات الصناعية والتجارة ، ويمكن العثور عليها في المنازل في جميع أنحاء العالم. على الرغم من التطورات في تقنية Ethernet ، مع ظهور 800G Ethernet وتوحيد 1.6T Ethernet ، تظل Ethernet عالية السرعة فوق 100G نادرة في الحوسبة المتطورة. تستكشف هذه المقالة كيف تمكن 100G Ethernet من الحوسبة المتطورة وتصف التطبيقات وتحديات التصميم لمصممي IP.

متطلبات السرعة للحوسبة المتطورة

يشير مصطلح "الحافة" إلى أي مصدر بيانات ينتهي به المطاف في مركز بيانات أو نموذج معالجة سحابية. ومن الأمثلة على ذلك الكاميرات وأجهزة الاستشعار والأجهزة المحمولة وأنواع كثيرة من المركبات وأجهزة التوجيه والمفاتيح وحتى الأجهزة الذكية التي تتمتع بقدرات معالجة وجمع / مشاركة البيانات. على الرغم من أنه قد يبدو غير بديهي ، إلا أن الحافة غامضة وديناميكية على حد سواء - إذا كان تجميع البيانات أو معالجتها يحدث على هذا المحيط ، فإننا نتحدث عن الحوسبة المتطورة. شهد انتشار الأجهزة المتطورة نموًا هائلاً مع الآلات وأجهزة الاستشعار والعدادات والأجهزة المحمولة والقابلة للارتداء والاعتماد المستمر للذكاء الاصطناعي في تقنيات النقل والمنزل والعاصمة. وفق أبحاث السوق الفضل، "تقدر قيمة سوق الحوسبة العالمية بـ 7.1 مليار دولار أمريكي في عام 2021 ومن المتوقع أن تصل إلى قيمة 49.6 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2028 بمعدل نمو سنوي مركب (معدل نمو سنوي مركب) يبلغ 38.2٪ خلال الفترة المتوقعة 2022-2028." قد تحتوي الأجهزة المعنية على العديد من عوامل الشكل والبنى ، ولكن دعنا ننظر إلى خادم فردي على أنه يمثلها.

الشكل 1: المسارات إلى السحابة من الحافة.

تستخدم الخوادم عادةً ناقل PCIe مشترك لإرفاق بطاقات واجهة الشبكة (NIC) ، وتعد أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم PCIe 3.0 الجيل الأول مع ناقل سريع بما يكفي بسرعة 8 GT / s لكل حارة لدعم 100 G Ethernet محولات باستخدام ارتباط x16 (أحادي الاتجاه 16 GB / s أو 128 Gb / s). مع PCIe 4.0 ، ستدعم الفتحة المكونة من 8 حارات محول 100G بأقصى سرعة. يعد هذا مكانًا رائعًا لأجهزة اليوم لأن فتحات x8 متوفرة عادةً في ناقل PCIe. حتى مع الجيل القادم من أنظمة PCIe 5.0 / CXL 1.1 أو 2.0 ، فإن معدل بيانات 100 جيجا مناسب بشكل مريح في ناقل PCIe مشترك ، ما لم يحاول المصممون تسريع الحساب المتوازي بأقصى عرض نطاق ترددي وأقل زمن انتقال للتواصل بين العمليات (IPC) ، مثل المصممين بحاجة إلى مجموعات HPC.

الجدول 1: سرعات PCIe كدالة للإصدار وعدد الممرات (إجمالي BW الموضح ثنائي الاتجاه)

تم تصميم أجهزة Edge بشكل عام للمعالجة المسبقة والضغط وتقليل كمية البيانات التي يجب نقلها إلى المنبع. حتى إذا كان لديك المقدار الضروري من البيانات التي تمت معالجتها لاحقًا للاستفادة الكاملة من معدل بيانات 100 جيجا عند اتصال الخادم الفردي ، فلا يزال يتعين تجميع كل ذلك لحركة مرور البيانات التي تواجه مركز البيانات عبر مجموعة مركزة من أجهزة التوجيه والمحولات. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن لهذه البنى أن تخدم عددًا كبيرًا جدًا من الاتصالات المتزامنة بنطاق ترددي كامل إلا إذا كانت تحتوي على ارتباطات تصل تعد مضاعفًا مهمًا لسرعات المنفذ الفردية. على سبيل المثال ، يحتاج محول إيثرنت ذو 32 منفذًا 100 جيجابت إلى إرسال كل حركة المرور هذه إلى أعلى. يمكن استخدام بروتوكول التحكم في تجميع الروابط (LACP) لتجميع منافذ متعددة للاتصال ، ولكن حتى هذا البروتوكول يقتصر على ثمانية منافذ لسند معين. يؤدي استخدام بروتوكول LACP مع مفتاح نصف قطر ثابت إلى زيادة تكلفة البنية التحتية والكابلات بسرعة عن طريق تقليل عدد الاتصالات النهائية التي يمكن للجهاز توفيرها. جميع اتصالات Wi-Fi بشكل فردي أقل بكثير من 1 جيجابت / ثانية ، وحتى تصل ذروتها نظريًا إلى 5 جيجابت في الثانية ، لذا فإن 20 جيجابت في طبقة التجميع تخدم تلك الأسواق جيدًا.

نادرًا ما تحتاج تطبيقات السيارات إلى أكثر من 10 إلى 25 جيجا إيثرنت داخل السيارة ولكنها تتطلب العديد من جودة الخدمة الاختيارية (QoS) وميزات الشبكات الحساسة للوقت والتي لم يتم العثور عليها بعد في مواصفات إيثرنت عالية السرعة. إذا كنت تشارك شبكة بين أنظمة التحكم في السيارة مثل الفرامل ونظام الترفيه ، فمن المهم إعطاء الأولوية للتحكم في السيارة حتى لو كان أطفالك يشاهدون مقطع فيديو ممتعًا. تتيح ميزات الشبكات الحساسة للوقت ، والتي سيتم دعمها قريبًا عند 100 جيجا ، دعم التجميع في الأرضيات الصناعية والتطبيقات السمعية والبصرية والأمن والرعاية الصحية وحتى تطبيقات السيارات المتطورة على الحافة!

ميزة أخرى يوفرها 100G Ethernet ، على عكس نظيراتها عالية السرعة ، هي دعم جميع الميزات المطلوبة والعديد من الميزات الاختيارية المحددة بواسطة معايير IEEE مثل:

  • جميع الميزات المطلوبة لمعيار IEEE 802.3 / 802.3ba الأساسي
  • معايير IEEE 802.3 لأنظمة Ethernet 10/25/40/50 / 100G
  • معلمات IEEE 802.3br لـ Interspersing Express Traffic
  • ميزات IEEE 802.1 TSN
  • بروتوكول مزامنة الساعة الدقيقة IEEE 1588
  • IEEE 802.1-Qav لحركة مرور الصوت والفيديو (AV)
  • إيثرنت موفر للطاقة (EEE) كما هو محدد في IEEE 802.3az

تعد 100G Ethernet حاليًا أسرع سرعة Ethernet يمكن الحفاظ عليها عبر مسار واحد. تم نشر الجيل الثالث من 100G Ethernet باستخدام ممر واحد 100 جيجابت / ثانية في ديسمبر 2022 باسم IEEE 802.3ck ، جنبًا إلى جنب مع 200G و 400G Ethernet باستخدام اثنين وأربعة من هذه الممرات على التوالي ، وسيتم دعمه كـ 100GBASE-CR لـ twinax up إلى 2 متر و 100 GBASE-KR للطائرات الكهربائية الخلفية. باستخدام معماريات متعددة الممرات ، يمكن لمعيار 100GBASE-ZR دعم 100G Ethernet لأكثر من 80 كم عبر نظام تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM) باستخدام طول موجي واحد! للحصول على خيارات أكثر فعالية من حيث التكلفة ، يوفر التكوين المكون من أربعة حارات باستخدام 25G NRZ SerDes وسيلة نقل موثوقة.

يعد الأمان مهمًا لجميع بيئات الشبكة ، ولكنه مهم بشكل خاص على الحافة حيث يدعم 100G Ethernet بالكامل MACsec - الملقب IEEE 802.1AE. MACsec هي آلية تشفير على مستوى الأجهزة تحمي البيانات وتؤمنها من خلال ضمان الامتثال لقوانين الخصوصية ومنع سرقة البيانات. يمكن لـ MACsec أيضًا منع الأجهزة المارقة من الاتصال بشبكة ، وهي حماية مهمة لبيئة الحافة التي يمكن أن تكون غير مُدارة وغير خاضعة للمراقبة. كل اتصال على شبكة Ethernet (مضيف إلى مضيف أو مضيف للتبديل أو التبديل إلى التبديل) سوف يجتاز كلاً من حركة المرور المشفرة وغير المشفرة إذا تم فرض التحكم في هذا التشفير في طبقات أعلى ، ولكن بمجرد تمكين MACsec للارتباط ، يتم تشغيل كل حركة المرور سيتم تأمين هذا الاتصال من أعين المتطفلين.

أخيرًا ، ترتفع تكلفة كل منفذ بشكل كبير عند أطراف تقنية Ethernet عالية السرعة. إن إضافة تكلفة الكابلات لشبكة إيثرنت فائقة السرعة للأجهزة المتطورة تجعلها أكثر تكلفة بكثير. تتآمر هذه العوامل لجعل 100G أفضل تطابق مثالي للجميع باستثناء تطبيقات الحوسبة الأكثر تطورًا ، والتي أدت بدورها إلى إنشاء سوق ضخم ، سواء على مستوى المستهلك أو على المستوى المهني ، لمنتجات 100G Ethernet - تساعد المفاتيح والموجهات وبطاقات NIC والكابلات والمنافسة في الحفاظ على إمكانية إدارة نقطة السعر لعمليات النشر المتطورة.

إذا كنت تطور منتجات مثل بطاقات NIC و / أو المحولات و / أو أجهزة التوجيه للسوق المتطورة ، فإن Synopsys تقدم حلاً كاملاً لـ 100G إيثرنت IP: MAC و PCS ومجموعة كاملة من خيارات PHY جنبًا إلى جنب مع IP للتحقق وتطوير البرامج ومجموعات النماذج الأولية IP. أبعد من الحافة ، تقدم Synopsys أيضًا IP Ethernet عالي السرعة يصل إلى 800غ اليوم ونحن نعمل مع مجموعات المعايير المختلفة لتمكين 1.6T للمضي قدمًا.

الطابع الزمني:

اكثر من شبه هندسة