100G Ethernet IP עבור מחשוב קצה

100G Ethernet IP עבור מחשוב קצה

חותמת זמן: 9 במרץ 2023 3:05
צומת המקור: 2002034

הנוכחות של אתרנט בחיינו סללה את הדרך להופעתו של האינטרנט של הדברים (IoT). אתרנט חיבר את כל מה שסביבנו ומחוצה לו, מבתים חכמים ועסקים, לתעשיות, בתי ספר וממשלות. מפרט זה נמצא אפילו ברכבים שלנו, ומקל על תקשורת בין מכשירים פנימיים. Ethernet אפשרה מרכזי מחשוב בעלי ביצועים גבוהים, האצת תהליכים תעשייתיים ומסחר, וניתן למצוא אותה במשקי בית ברחבי העולם. למרות ההתקדמות בטכנולוגיית ה-Ethernet, עם העלייה של 800G Ethernet והסטנדרטיזציה של 1.6T Ethernet, Ethernet מהיר מעל 100G נותר דבר נדיר במחשוב קצה. מאמר זה בוחן כיצד 100G Ethernet מאפשר מחשוב קצה ומתאר יישומים ואתגרי עיצוב עבור מעצבי IP.

דרישות מהירות עבור מחשוב קצה

"הקצה" מתייחס לכל מקור נתונים שבסופו של דבר מסתיים במרכז נתונים או בפרדיגמת עיבוד ענן. דוגמאות לכך הן מצלמות וחיישנים, מכשירים ניידים, סוגים רבים של רכבים, נתבים ומתגים, ואפילו מכשירים חכמים בעלי יכולות עיבוד ואיסוף/שיתוף נתונים. למרות שזה אולי נראה נגד אינטואיטיבי, הקצה הוא גם מעורפל וגם דינמי - אם צבירת נתונים או עיבוד מתרחשים על ההיקף הזה, אנחנו מדברים על מחשוב קצה. ריבוי מכשירי הקצה ראתה צמיחה מטאורית עם מכונות, חיישנים ומדים, מכשירים ניידים ולבישים, ואימוץ מתמשך של AI בטכנולוגיות תחבורה, בית ומטרופולין. לפי מחקר שוק של Vantage, "שוק המחשוב הגלובלי מוערך ב-7.1 מיליארד דולר בשנת 2021, והוא צפוי להגיע לערך של 49.6 מיליארד דולר עד 2028 ב-CAGR (שיעור צמיחה שנתי מורכב) של 38.2% במהלך תקופת התחזית 2022-2028." למכשירים המעורבים עשויים להיות גורמי צורה וארכיטקטורות רבות, אך הבה נסתכל על שרת בודד כמייצג אותם.

איור 1: שבילים לענן מהקצה.

שרתים משתמשים בדרך כלל באפיק PCIe משותף לחיבור כרטיסי ממשק רשת (NIC), ומחשבים המשתמשים ב-PCIe 3.0 הם הדור הראשון עם אפיק מהיר מספיק ב-8 GT/s לנתיב כדי לתמוך במתאמי Ethernet של 100 G באמצעות קישור x16 (חד כיווני 16 GB/s או 128 Gb/s). עם PCIe 4.0, חריץ בעל 8 נתיבים יתמוך במתאם של 100G במהירות מלאה. זו נקודה מתוקה למכונות של היום מכיוון שחריצי x8 זמינים בדרך כלל באוטובוס PCIe. אפילו עם הדור הקרוב של מערכות PCIe 5.0/CXL 1.1 או 2.0, קצב נתונים של 100G הוא התאמה נוחה באפיק PCIe משותף, אלא אם כן מתכננים מנסים להאיץ את החישוב המקביל עם רוחב פס מקסימלי והשהייה מינימלית לתקשורת בין-תהליכית (IPC) , כמו שמעצבים צריכים לאשכולות HPC.

טבלה 1: מהירויות PCIe כפונקציה של גרסה וספירת נתיבים (סה"כ BW המוצג הוא דו-כיווני)

התקני Edge מתוכננים בדרך כלל לעבד מראש, לדחוס ולהפחית את כמות הנתונים שיש להעביר במעלה הזרם. גם אם הייתה לך את הכמות הדרושה של נתונים שעובדו לאחר מכן כדי לנצל באופן מלא את קצב הנתונים של 100G בחיבור השרת הבודד, הכל עדיין צריך להיות מצטבר עבור תעבורה הפונה למרכז הנתונים על פני קבוצה מרוכזת של נתבים ומתגים. בנוסף, ארכיטקטורות אלה לא יכלו לשרת יותר מדי חיבורים בו-זמניים ברוחב פס מלא, אלא אם כן יש להם קישורים למעלה שהם כפול משמעותי של מהירויות היציאה הבודדות. לדוגמה, מתג Ethernet 32 ​​יציאות 100G צריך לשלוח את כל התעבורה הזו במעלה הזרם. ניתן להשתמש ב-Link Aggregation Control Protocol (LACP) כדי לצבור יציאות מרובות עבור חיבור, אבל אפילו פרוטוקול זה מוגבל לשמונה יציאות עבור קשר נתון. שימוש ב-LACP עם מתג רדיוס קבוע מייקר במהירות את עלות התשתית והכבלים על ידי הפחתה מהירה של מספר החיבורים במורד הזרם שהמכשיר יכול לספק. חיבורי ה-Wi-Fi כולם בנפרד הרבה מתחת ל-1 Gb/s, ואפילו 5G סלולרי מגיע תיאורטית לשיא של 20 Gbps, כך ש-100G בשכבת הצבירה משרתים היטב את השווקים הללו.

יישומי רכב רק לעתים נדירות זקוקים ליותר מ-10 עד 25G Ethernet בתוך הרכב, אך כן דורשים רבות מאיכות השירות האופציונלית (QoS) ותכונות רשת רגישות לזמן שטרם נמצאות במפרטי Ethernet מהירים יותר. אם אתם חולקים רשת בין מערכות בקרת רכב כמו בלמים ומערכת בידור, חשוב לתת עדיפות לשליטה ברכב גם אם הילדים שלכם צופים בסרטון מרתק. תכונות רשת רגישות לזמן, שייתמכו בקרוב ב- 100G, מאפשרות תמיכה בצבירה על רצפות תעשייתיות, יישומים אודיו ויזואליים, אבטחה, שירותי בריאות ואפילו יישומי רכב מתקדמים בקצה!

יתרון נוסף ש-100G Ethernet מספק, בניגוד למקביליו המהירים יותר, הוא תמיכה בכל התכונות הנדרשות ואופציונליות רבות המצוינות בתקני IEEE כגון:

  • כל התכונות הנדרשות של תקן IEEE 802.3/802.3ba הבסיסי
  • תקני IEEE 802.3 עבור מערכות 10/25/40/50/100G Ethernet
  • פרמטרים של IEEE 802.3br עבור Interspersing Express Traffic
  • תכונות IEEE 802.1 TSN
  • IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol
  • IEEE 802.1-Qav עבור תעבורת אודיו וידאו (AV).
  • Ethernet יעיל באנרגיה (EEE) כמפורט ב-IEEE 802.3az

100G Ethernet היא כיום מהירות ה-Ethernet המהירה ביותר שניתן להחזיק בנתיב בודד. הדור השלישי של 100G Ethernet באמצעות נתיב בודד של 100Gb/s פורסם בדצמבר 2022 כ-IEEE 802.3ck, יחד עם Ethernet 200G ו-400G באמצעות שניים וארבעה מהנתיבים הללו בהתאמה, וייתמך כ-100GBASE-CR עבור twinax up עד 2m ו-100GBASE-KR עבור מטוסים אחוריים חשמליים. באמצעות ארכיטקטורות מרובות נתיבים, תקן 100GBASE-ZR יכול לתמוך ב-100G Ethernet יותר מ-80 ק"מ על מערכת ריבוי חלוקה באורך גל צפופה (DWDM) תוך שימוש באורך גל בודד! לאפשרויות חסכוניות יותר, תצורה של ארבעה נתיבים באמצעות 25G NRZ SerDes מספקת אמצעי תחבורה אמין.

אבטחה חשובה לכל סביבות הרשת, אך היא קריטית במיוחד בקצה שבו 100G Ethernet תומך באופן מלא MACsec – המכונה IEEE 802.1AE. MACsec הוא מנגנון הצפנה בשכבת חומרה המגן ומאבטח נתונים על ידי הבטחת ציות לחוקי הפרטיות ומניעת גניבת נתונים. MACsec יכולה גם למנוע חיבור של מכשירים סוררים לרשת, שהיא הגנה קריטית עבור סביבת קצה שעלולה להיות גם לא מנוהלת וגם לא מפוקחת. כל חיבור ברשת Ethernet (מארח למארח, מארח למתג או מעבר למתג) יעבור הן תעבורה מוצפנת והן לא מוצפנת אם השליטה בהצפנה זו מוטלת בשכבות גבוהות יותר, אך ברגע ש-MACSec מופעלת עבור קישור, כל התעבורה פועלת החיבור הזה יהיה מאובטח מעיניים סקרניות.

לבסוף, העלות ליציאה עולה באופן דרמטי בקצוות המדממים של טכנולוגיית Ethernet במהירות גבוהה. הוספת עלות הכבלים עבור Ethernet מהיר במיוחד עבור התקני קצה רק מייקר אותם הרבה יותר. גורמים אלה נועדו להפוך את 100G להתאמה המושלמת עבור כל יישומי המחשוב החדשניים ביותר, מה שבתורו הוביל ליצירת שוק ענק, הן ברמת הצרכן והן ברמה המקצועית, עבור מוצרי 100G Ethernet - מתגים ונתבים, NICs וכבלים, והמתחרים עוזרים לשמור על נקודת המחיר ניתנת לניהול עבור פריסות קצה.

אם אתם מפתחים מוצרים כמו NICs, מתגים ו/או נתבים עבור שוק הקצה, Synopsys מציעה פתרון מלא עבור 100G Ethernet IP: MAC, PCS ומגוון שלם של אפשרויות PHY יחד עם אימות IP, פיתוח תוכנה וערכות אב טיפוס IP. מעבר לקצה, Synopsys מציעה גם Ethernet IP במהירות גבוהה עד 800G היום ואנחנו עובדים עם קבוצות התקנים השונות כדי לאפשר 1.6T בעתיד.

בול זמן:

עוד מ הנדסה למחצה