100G Ethernet IP do przetwarzania brzegowego

100G Ethernet IP do przetwarzania brzegowego

Znacznik czasu: 9 marca 2023 3:05
Węzeł źródłowy: 2002034

Obecność Ethernetu w naszym życiu utorowała drogę do powstania Internetu Rzeczy (IoT). Ethernet połączył wszystko wokół nas i poza nim, od inteligentnych domów i firm po przemysł, szkoły i instytucje rządowe. Ta specyfikacja znajduje się nawet w naszych pojazdach, ułatwiając komunikację między urządzeniami wewnętrznymi. Ethernet umożliwił centra danych o wysokiej wydajności obliczeniowej, przyspieszył procesy przemysłowe i handel, i można go znaleźć w gospodarstwach domowych na całym świecie. Pomimo postępów w technologii Ethernet, wraz z rozwojem sieci Ethernet 800G i standaryzacją sieci Ethernet 1.6T, szybka sieć Ethernet powyżej 100G pozostaje rzadkością w obliczeniach brzegowych. W tym artykule zbadano, w jaki sposób Ethernet 100G umożliwia przetwarzanie brzegowe oraz opisano aplikacje i wyzwania projektowe stojące przed projektantami IP.

Wymagania dotyczące szybkości przetwarzania brzegowego

„The Edge” odnosi się do dowolnego źródła danych, które ostatecznie trafia do centrum danych lub paradygmatu przetwarzania w chmurze. Przykładami są kamery i czujniki, urządzenia mobilne, wiele rodzajów pojazdów, routery i przełączniki, a nawet inteligentne urządzenia, które mają możliwości przetwarzania i gromadzenia/udostępniania danych. Chociaż może się to wydawać sprzeczne z intuicją, krawędź jest zarówno rozmyta, jak i dynamiczna – jeśli na tym obwodzie odbywa się agregacja lub przetwarzanie danych, mówimy o przetwarzaniu brzegowym. Rozprzestrzenianie się urządzeń brzegowych przyniosło błyskawiczny wzrost dzięki maszynom, czujnikom i miernikom, urządzeniom mobilnym i noszonym na ciele, a także ciągłemu wdrażaniu sztucznej inteligencji w technologiach transportowych, domowych i metropolitalnych. Według Badania rynku Vantage„Global Edge Computing Market jest wyceniany na 7.1 mld USD w 2021 r. i przewiduje się, że osiągnie wartość 49.6 mld USD do 2028 r. przy CAGR (złożonej rocznej stopie wzrostu) na poziomie 38.2% w okresie prognozy 2022-2028”. Urządzenia, których to dotyczy, mogą mieć wiele typów i architektur, ale spójrzmy na pojedynczy serwer jako na ich reprezentację.

Ryc. 1: Ścieżki do chmury od krawędzi.

Serwery zazwyczaj używają współużytkowanej magistrali PCIe do podłączania kart interfejsu sieciowego (NIC), a komputery korzystające z PCIe 3.0 to pierwsza generacja z magistralą wystarczająco szybką na poziomie 8 GT/s na linię, aby obsługiwać adaptery Ethernet 100 G przy użyciu łącza x16 (jednokierunkowe 16 GB/s lub 128 Gb/s). Dzięki PCIe 4.0 8-liniowe gniazdo będzie obsługiwać adapter 100G przy pełnej prędkości. To idealne miejsce dla dzisiejszych maszyn, ponieważ gniazda x8 są zwykle dostępne na magistrali PCIe. Nawet w nadchodzącej generacji systemów PCIe 5.0/CXL 1.1 lub 2.0 szybkość transmisji danych 100 Gb jest wygodnym dopasowaniem do współdzielonej magistrali PCIe, chyba że projektanci próbują przyspieszyć obliczenia równoległe przy maksymalnej przepustowości i minimalnym opóźnieniu komunikacji międzyprocesowej (IPC) , jak projektanci potrzebują klastrów HPC.

Tabela 1: Prędkości PCIe jako funkcja wersji i liczby pasów (pokazana całkowita BW jest dwukierunkowa)

Urządzenia brzegowe są zazwyczaj zaprojektowane do wstępnego przetwarzania, kompresji i zmniejszania ilości danych, które należy przesłać w górę. Nawet jeśli dysponujesz niezbędną ilością przetworzonych danych, aby w pełni wykorzystać szybkość transmisji danych 100G na pojedynczym połączeniu z serwerem, wszystko to nadal musi zostać zagregowane dla ruchu skierowanego do centrum danych przez skoncentrowany zestaw routerów i przełączników. Ponadto te architektury nie byłyby w stanie obsłużyć zbyt wielu jednoczesnych połączeń przy pełnej przepustowości, chyba że miały łącza wysyłające, które są znaczną wielokrotnością prędkości poszczególnych portów. Na przykład 32-portowy przełącznik Ethernet 100G musi przesyłać cały ten ruch w górę. Protokół Link Aggregation Control Protocol (LACP) może być używany do agregowania wielu portów dla połączenia, ale nawet ten protokół jest ograniczony do ośmiu portów dla danego połączenia. Używanie LACP z przełącznikiem o stałym promieniu szybko podnosi koszty infrastruktury i okablowania, gwałtownie zmniejszając liczbę połączeń w dół, które może zapewnić urządzenie. Wszystkie połączenia Wi-Fi są indywidualnie znacznie poniżej 1 Gb/s, a nawet komórkowe 5G teoretycznie osiąga szczytowe wartości 20 Gb/s, więc 100G w warstwie agregacji dobrze obsługuje te rynki.

Aplikacje motoryzacyjne rzadko wymagają więcej niż 10 do 25G Ethernet w pojeździe, ale wymagają wielu opcjonalnych funkcji jakości usług (QoS) i wrażliwych na czas funkcji sieciowych, których nie ma jeszcze w specyfikacjach szybszego Ethernetu. Jeśli współdzielisz sieć między systemami kontroli pojazdu, takimi jak hamulce i system rozrywki, ważne jest, aby nadać priorytet kontroli pojazdu, nawet jeśli Twoje dzieci oglądają wciągający film. Funkcje sieciowe zależne od czasu, które wkrótce będą obsługiwane na poziomie 100G, umożliwiają obsługę agregacji w zastosowaniach przemysłowych, aplikacjach audiowizualnych, bezpieczeństwie, opiece zdrowotnej, a nawet zaawansowanych aplikacjach motoryzacyjnych na brzegu sieci!

Kolejną zaletą 100G Ethernet, w przeciwieństwie do jego szybszych odpowiedników, jest obsługa wszystkich wymaganych i wielu opcjonalnych funkcji określonych przez standardy IEEE, takich jak:

  • Wszystkie wymagane cechy podstawowego standardu IEEE 802.3/802.3ba
  • Standardy IEEE 802.3 dla systemów Ethernet 10/25/40/50/100G
  • Parametry IEEE 802.3br dla Interspersing Express Traffic
  • Funkcje IEEE 802.1 TSN
  • Protokół precyzyjnej synchronizacji zegara IEEE 1588
  • IEEE 802.1-Qav dla ruchu audio-wideo (AV).
  • Energy Efficient Ethernet (EEE) zgodnie ze specyfikacją IEEE 802.3az

100G Ethernet to obecnie najszybsza prędkość Ethernet, jaką można utrzymać na jednym pasie. Trzecia generacja 100G Ethernet wykorzystująca pojedynczą linię 100 Gb/s została opublikowana w grudniu 2022 r. jako IEEE 802.3ck, wraz z 200G i 400G Ethernet wykorzystującymi odpowiednio dwie i cztery z tych linii, i będzie obsługiwana jako 100GBASE-CR dla twinax up do 2m i 100GBASE-KR dla płyt tylnych elektrycznych. Korzystając z architektur wielopasmowych, standard 100GBASE-ZR może obsługiwać Ethernet 100G na odległość ponad 80 km w systemie gęstego multipleksowania z podziałem długości fali (DWDM) przy użyciu jednej długości fali! Aby uzyskać bardziej opłacalne opcje, czteropasmowa konfiguracja wykorzystująca 25G NRZ SerDes zapewnia niezawodne medium transportowe.

Bezpieczeństwo jest ważne we wszystkich środowiskach sieciowych, ale ma szczególne znaczenie na brzegu sieci, gdzie w pełni obsługuje sieć 100G Ethernet MACs – inaczej IEEE 802.1AE. MACsec to sprzętowy mechanizm szyfrowania, który chroni i zabezpiecza dane, zapewniając zgodność z przepisami dotyczącymi prywatności i zapobiegając kradzieży danych. MACsec może również zapobiegać podłączaniu nieuczciwych urządzeń do sieci, co stanowi krytyczną ochronę środowiska brzegowego, które może być zarówno niezarządzane, jak i niemonitorowane. Każde połączenie w sieci Ethernet (host do hosta, host do przełącznika lub przełącznik do przełącznika) będzie przechodzić zarówno przez ruch zaszyfrowany, jak i niezaszyfrowany, jeśli kontrola nad tym szyfrowaniem zostanie nałożona na wyższych warstwach, ale po włączeniu MACsec dla łącza cały ruch na to połączenie będzie zabezpieczone przed wścibskimi oczami.

Wreszcie koszt jednego portu dramatycznie wzrasta w najnowocześniejszych technologiach szybkiego Ethernetu. Dodanie kosztów okablowania do ultraszybkiego Ethernetu dla urządzeń brzegowych sprawia, że ​​są one o wiele droższe. Czynniki te składają się na to, że 100G jest idealnym rozwiązaniem z najwyższej półki dla wszystkich, z wyjątkiem najnowocześniejszych aplikacji komputerowych, co z kolei doprowadziło do powstania ogromnego rynku, zarówno na poziomie konsumenckim, jak i profesjonalnym, dla produktów Ethernet 100G – przełączniki i routery, karty sieciowe i kable, a konkurencja pomaga utrzymać rozsądne ceny w przypadku wdrożeń brzegowych.

Jeśli opracowujesz produkty, takie jak karty sieciowe, przełączniki i/lub routery dla rynku brzegowego, Synopsys oferuje kompletne rozwiązanie dla IP 100G Ethernet: MAC, PCS i pełny zakres opcji PHY wraz z weryfikacyjnym IP, zestawami do tworzenia oprogramowania i prototypowania IP. Poza krawędzią, Synopsys oferuje również szybki Ethernet IP do 800G dzisiaj i współpracujemy z różnymi grupami normalizacyjnymi, aby umożliwić 1.6T w przyszłości.

Znak czasu:

Więcej z Inżynieria semi