100G Ethernet IP Edge Computingille

100G Ethernet IP Edge Computingille

Aikaleima: 9. maaliskuuta 2023 3
Lähdesolmu: 2002034

Ethernetin läsnäolo elämässämme on tasoittanut tietä esineiden internetin (IoT) syntymiselle. Ethernet on yhdistänyt kaiken ympärillämme ja muuallakin, älykodeista ja yrityksistä teollisuuteen, kouluihin ja viranomaisiin. Tämä erittely löytyy jopa ajoneuvoistamme, mikä helpottaa sisäisten laitteiden välistä viestintää. Ethernet on mahdollistanut korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyn datakeskukset, nopeuttanut teollisia prosesseja ja kauppaa, ja se löytyy kotitalouksista maailmanlaajuisesti. Huolimatta Ethernet-tekniikan edistymisestä, 800G Ethernetin noususta ja 1.6T Ethernetin standardoinnista, nopea Ethernet yli 100G on edelleen harvinaisuus reunalaskennassa. Tässä artikkelissa tarkastellaan, kuinka 100G Ethernet mahdollistaa reunalaskentaa, ja kuvataan IP-suunnittelijoiden sovelluksia ja suunnitteluhaasteita.

Reunalaskennan nopeusvaatimukset

"The Edge" viittaa mihin tahansa tietolähteeseen, joka lopulta päätyy datakeskukseen tai pilvikäsittelyparadigmaan. Esimerkkejä ovat kamerat ja anturit, mobiililaitteet, monenlaiset ajoneuvot, reitittimet ja kytkimet ja jopa älykkäät laitteet, joissa on käsittely- ja tiedonkeruu-/jakamisominaisuudet. Vaikka se saattaa tuntua vastaintuitiiviselta, reuna on sekä sumea että dynaaminen – jos tällä kehällä tapahtuu tietojen yhdistämistä tai käsittelyä, puhumme reunalaskennasta. Reunalaitteiden leviäminen on nähnyt voimakkaan kasvun koneiden, antureiden ja mittareiden, mobiilien ja puettavien laitteiden sekä tekoälyn jatkuvan käyttöönoton kuljetuksessa, koti- ja suurkaupunkiteknologiassa. Mukaan Vantage markkinatutkimus, "Global Edge Computing Market on 7.1 miljardin Yhdysvaltain dollarin arvoinen vuonna 2021, ja sen arvon ennustetaan saavuttavan 49.6 miljardin dollarin arvon vuoteen 2028 mennessä CAGR:llä (Compound Annual Growth Rate) 38.2 % ennustejaksolla 2022–2028." Mukana olevilla laitteilla voi olla monia muototekijöitä ja arkkitehtuureja, mutta katsotaanpa yksittäistä palvelinta edustavana niitä.

Kuva 1: Polut pilveen reunasta.

Palvelimet käyttävät tyypillisesti jaettua PCIe-väylää verkkokorttien (NIC) liittämiseen, ja PCIe 3.0:aa käyttävät tietokoneet ovat ensimmäisen sukupolven väylä, joka on riittävän nopea 8 GT/s kaistaa kohden tukemaan 100 G Ethernet-sovittimia x16-linkillä (yksisuuntainen 16 GB/s tai 128 Gb/s). PCIe 4.0:ssa 8-kaistainen paikka tukee 100G-sovitinta täydellä nopeudella. Se on suloinen paikka nykypäivän koneille, koska x8-paikat ovat yleensä saatavilla PCIe-väylässä. Jopa tulevan PCIe 5.0/CXL 1.1- tai 2.0 -sukupolven kanssa 100G-tiedonsiirtonopeus sopii mukavasti jaettuun PCIe-väylään, elleivät suunnittelijat yritä nopeuttaa rinnakkaislaskentaa suurimmalla kaistanleveydellä ja minimaalisella prosessien välisen viestinnän (IPC) viiveellä. , kuten suunnittelijat tarvitsevat HPC-klustereita.

Taulukko 1: PCIe-nopeudet version ja kaistamäärän funktiona (näytetty kokonaispaino on kaksisuuntainen)

Edge-laitteet on yleensä suunniteltu esikäsittelemään, pakkaamaan ja vähentämään ylävirtaan siirrettävän tiedon määrää. Vaikka sinulla olisi tarvittava määrä jälkikäsiteltyä dataa 100 Gt:n tiedonsiirtonopeuden täysimääräiseen hyödyntämiseen yksittäisessä palvelinyhteydessä, se kaikki on silti yhdistettävä datakeskukseen suuntautuvaa liikennettä varten keskittyvän reitittimien ja kytkimien kautta. Lisäksi kyseiset arkkitehtuurit eivät pystyneet palvelemaan liian monia samanaikaisia ​​yhteyksiä täydellä kaistanleveydellä, ellei niillä ole ylöslinkkejä, jotka ovat merkittävä moninkertainen yksittäisten porttien nopeuksista. Esimerkiksi 32-porttisen 100G Ethernet-kytkimen on lähetettävä kaikki tämä liikenne ylävirtaan. Link Aggregation Control Protocol (LACP) -protokollaa voidaan käyttää useiden porttien yhdistämiseen yhteyteen, mutta jopa tämä protokolla on rajoitettu kahdeksaan porttiin tietylle sidokselle. LACP:n käyttö kiinteäsäteisen kytkimen kanssa nostaa nopeasti infrastruktuurin ja kaapeloinnin kustannuksia vähentämällä nopeasti laitteen tarjoamien loppupään yhteyksien määrää. Wi-Fi-yhteydet ovat yksittäin reilusti alle 1 Gb/s, ja jopa matkapuhelinverkon 5G:n huippunopeus on teoriassa 20 Gbps, joten 100G aggregaatiokerroksessa palvelee näitä markkinoita hyvin.

Autosovellukset tarvitsevat harvoin enemmän kuin 10–25 Gt Ethernetiä ajoneuvossa, mutta ne vaativat monia valinnaisia ​​palvelunlaatuisia (QoS) ja aikaherkkiä verkkoominaisuuksia, joita ei vielä löydy nopeammista Ethernet-määrityksistä. Jos jaat verkon ajoneuvon ohjausjärjestelmien, kuten jarrujen ja viihdejärjestelmän, välillä, on tärkeää priorisoida ajoneuvon ohjaus, vaikka lapsesi katsoisivat kiinnostavaa videota. Aikaherkät verkkoominaisuudet, joita tuetaan pian 100G:ssä, mahdollistavat tuen yhdistämiseen teollisuuslattioissa, audiovisuaalisissa sovelluksissa, turvallisuuteen, terveydenhuoltoon ja jopa huippuluokan autosovelluksiin!

Toinen etu, jonka 100G Ethernet tarjoaa nopeampiin vastineisiinsa verrattuna, on tuki kaikille vaadituille ja monille IEEE-standardien määrittämille valinnaisille ominaisuuksille, kuten:

  • Kaikki vaaditut IEEE 802.3/802.3ba -perusstandardin ominaisuudet
  • IEEE 802.3 -standardit 10/25/40/50/100G Ethernet-järjestelmille
  • Interspersing Express Trafficin IEEE 802.3br -parametrit
  • IEEE 802.1 TSN -ominaisuudet
  • IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol
  • IEEE 802.1-Qav Audio Video (AV) -liikenteeseen
  • Energiatehokas Ethernet (EEE) IEEE 802.3az:n mukaisesti

100G Ethernet on tällä hetkellä nopein Ethernet-nopeus, joka voidaan ylläpitää yhdellä kaistalla. Kolmannen sukupolven 100 Gt Ethernet, joka käyttää yhtä 100 Gb/s kaistaa, julkaistiin joulukuussa 2022 nimellä IEEE 802.3ck sekä 200G ja 400G Ethernet, jotka käyttävät kahta ja neljää näistä kaistaista, ja niitä tuetaan 100GBASE-CR:nä twinax-upille. 2 metriin ja 100GBASE-KR sähköisille taustalevyille. Useita kaista-arkkitehtuureja käyttämällä 100GBASE-ZR-standardi voi tukea 100G Ethernetiä yli 80 km tiheässä aallonpituusjakoisessa multipleksointijärjestelmässä (DWDM) yhdellä aallonpituudella! Kustannustehokkaampia vaihtoehtoja varten nelikaistainen kokoonpano 25G NRZ SerDesillä tarjoaa luotettavan kuljetusvälineen.

Suojaus on tärkeää kaikissa verkkoympäristöissä, mutta se on erityisen kriittinen reunalla, jossa 100G Ethernet tukee täysin MACsek – eli IEEE 802.1AE. MACsec on laitteistokerroksen salausmekanismi, joka suojaa ja suojaa tietoja varmistamalla tietosuojalakien noudattamisen ja estämällä tietovarkauksia. MACsec voi myös estää rogue-laitteiden yhdistämisen verkkoon, mikä on kriittinen suoja reunaympäristölle, joka voi olla sekä hallitsematon että valvomaton. Jokainen Ethernet-verkon yhteys (isäntä isäntä, isäntä kytkin tai kytkin kytkimeen) kulkee sekä salatun että salaamattoman liikenteen läpi, jos salauksen hallinta on asetettu ylemmillä kerroksilla, mutta kun MACsec on otettu käyttöön linkissä, kaikki liikenne että yhteys suojataan uteliailta katseilta.

Lopuksi, porttikohtaiset kustannukset nousevat dramaattisesti nopean Ethernet-tekniikan äärirajoilla. Kaapelointikustannusten lisääminen huippunopean Ethernetin reunalaitteille tekee niistä paljon kalliimpia. Nämä tekijät pyrkivät tekemään 100G:stä täydellisen huippusovelluksen kaikille paitsi uusimmille laskentasovelluksille, mikä puolestaan ​​on johtanut valtavan markkinoiden luomiseen sekä kuluttaja- että ammattitasolla 100G Ethernet -tuotteille. kytkimet ja reitittimet, verkkokortit ja kaapelit, ja kilpailu on auttanut pitämään hintapisteen hallittavana reunakäyttöön.

Jos kehität tuotteita, kuten verkkokortteja, kytkimiä ja/tai reitittimiä reunamarkkinoille, Synopsys tarjoaa täydellisen ratkaisun 100G Ethernet IP: MAC, PCS ja täysi valikoima PHY-vaihtoehtoja sekä IP-varmennus-, ohjelmistokehitys- ja IP-prototyyppisarjat. Reunojen lisäksi Synopsys tarjoaa myös nopean Ethernet-IP:n jopa 800G tänään ja työskentelemme eri standardiryhmien kanssa mahdollistaaksemme 1.6T jatkossa.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Semi Engineering