網(wǎng)迅科技王界兵：國內(nèi)首款萬兆網(wǎng)絡控制器的研制及產(chǎn)業(yè)化

  ICCSZ訊 (編輯：Nicole)9月3日—4日，訊石第十七屆光纖通訊市場暨技術(shù)專題研討會在深圳麒麟山莊隆重舉辦。會上，致力于高端控制芯片自主研發(fā)的北京網(wǎng)迅科技執(zhí)行董事王界兵博士帶來主題為《國內(nèi)首款萬兆網(wǎng)絡控制器的研制及產(chǎn)業(yè)化》的精彩演講。

  王界兵博士是北京網(wǎng)迅科技有限公司執(zhí)行董事，曾分別在美國恩智浦公司和美國東芝公司擔任技術(shù)職務。王博士于2001年創(chuàng)立杭州中天微系統(tǒng)有限公司，并擔任首席技術(shù)執(zhí)行官，主持過863重大專項。2004年3月，王博士任美國納斯達克上市公司Hifn公司中國總部業(yè)務總裁，2007年3月任Hifn的全球工程副總裁，2009年3月，任美國紐交所上市公司Exar工程副總裁和中國開發(fā)中心總經(jīng)理。

  王博士在大數(shù)據(jù)、信息系統(tǒng)和芯片領域擁有廣泛的技術(shù)經(jīng)驗，在國際/國內(nèi)核心期刊發(fā)表論文20余篇，申請并持有20余項中國和美國發(fā)明專利，曾在國內(nèi)國際的多個高科技會議上做主題演講。

  王博士在演講中提到：重要領域關鍵設備上的不可或缺性的芯片核心器件一旦缺失，關鍵設備無法生產(chǎn)出貨。可靠性設計是企業(yè)級芯片的一個重要指標，關鍵技術(shù)與難點包括：容錯處理技術(shù)、容錯處理技術(shù)、分域獨立重啟技術(shù)、自檢技術(shù)、數(shù)據(jù)通路保護技術(shù)、錯誤監(jiān)測及錯誤隔斷技術(shù)。目前，全球萬兆網(wǎng)絡控制器芯片的供應商全部在美國，它們主要是：Intel(英特爾)、Broadcom(博通)、Emulex、Chelsio、Mellanox等。

  經(jīng)過四年艱辛的努力，網(wǎng)迅科技在2018年推出了中國首個自主知識產(chǎn)權(quán)的萬兆網(wǎng)絡控制器芯片，填補了中國在這領域的空白。目前在市場上已經(jīng)取得顯著的成效，可以完全打破美國的萬兆網(wǎng)絡控制器的壟斷地。

  網(wǎng)迅科技推出的“閃迅萬兆網(wǎng)絡控制器芯片”有什么創(chuàng)新點呢?

  創(chuàng)新點1：超多DMA隊列實現(xiàn)方法

  隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，虛擬機和容器造成大量的DMA隊列。當這些大量的DMA隊列同時工作并要求每個DMA支持線速的時候，會產(chǎn)生硬件邏輯資源的大量消耗。閃迅萬兆網(wǎng)絡控制器首次提出了一種分層DMA隊列來實現(xiàn)超多DMA隊列的難題，支持虛擬化、云計算的需求。

  其采用分層DMA隊列架構(gòu)，首次提出了客戶隊列和調(diào)度隊列的概念。由客戶隊列作為硬件界面，但是由調(diào)度隊列參與QoS調(diào)度，和傳統(tǒng)方法相比，硬件資源節(jié)省近一倍。

  創(chuàng)新點2：報文分片傳輸方法和裝置

  面對可能會出現(xiàn)某些DMA隊列需要處理大數(shù)據(jù)報文，而另外一些DMA隊列需要處理小數(shù)據(jù)報文。由于大數(shù)據(jù)報文一次性處理完成需要很多的處理時間，這就會導致后續(xù)的小數(shù)據(jù)報文會被引入很大的處理延遲。閃迅萬兆網(wǎng)絡控制器首次提出了一種數(shù)據(jù)報文交叉切片的方法，降低報文傳輸平均延時。采用交叉切片的方式，在對大數(shù)據(jù)報文進行一次切片之后，馬上根據(jù)QoS仲裁算法切換到后續(xù)的小數(shù)據(jù)報文，進行切片處理。

  創(chuàng)新點3：虛擬機熱遷移的無縫切換技術(shù)

  虛擬機熱遷移是把正在服務的虛擬機從一臺物理服務器遷移至新的物理服務器。虛擬機短暫宕機時，這部分數(shù)據(jù)包由于無法到達虛擬機而被丟棄。閃迅萬兆網(wǎng)絡控制器首次提出了一種虛擬機熱遷移的網(wǎng)路無縫切換方法，支持云計算資源的彈性伸縮。虛擬機之間的切換和數(shù)據(jù)交換經(jīng)常發(fā)生，切換的性能和穩(wěn)定性是云計算管理中的重要指標。當虛擬機在原物理服務器宕機后，緩存后面到來的數(shù)據(jù)包;在虛擬機在目標物理服務器重啟后，轉(zhuǎn)發(fā)原虛擬機的數(shù)據(jù)包。

  創(chuàng)新點4：不透明安全模式

  問題場景：在傳統(tǒng)網(wǎng)卡芯片設計里，服務器軟件直接配置控制芯片。服務器上的惡意代碼可以訪問網(wǎng)卡驅(qū)動，惡意代碼可以對芯片進行任何操作，篡改數(shù)據(jù)包或者癱瘓網(wǎng)卡。閃迅萬兆網(wǎng)絡控制器首次提出了在萬兆網(wǎng)絡控制器中設置不透明安全模式，提供網(wǎng)絡安全保護。

  網(wǎng)迅科技研發(fā)的閃迅萬兆網(wǎng)絡控制器芯片增加了不透明安全模式。在不透明安全模式下，服務器軟件無法改變網(wǎng)卡的控制寄存器。服務器與網(wǎng)卡的操作界面被嚴格限制為數(shù)據(jù)流操作。網(wǎng)卡對服務器就像是黑盒，而所有的操控都由片上的邊帶管理模塊發(fā)起。如果服務器需要配置芯片，它必須向邊帶管理模塊提出請求并通過邊帶管理模塊的認證。

  創(chuàng)新點5：實際小包傳輸速率的顯著提升

  閃迅萬兆網(wǎng)絡控制器芯片運用了多種優(yōu)化技術(shù)達到實際小包傳輸速率的提升。雖然很多芯片在設計上能夠達到線速，但是實際上卻由于CPU的性能和并行性瓶頸而達不到線速。網(wǎng)迅萬兆網(wǎng)絡控制器優(yōu)化內(nèi)部DMA模塊，實現(xiàn)了發(fā)送端QoS和隊列仲裁的并行性操作，發(fā)送端讀取數(shù)據(jù)指示符和讀取數(shù)據(jù)報文的并行性操作，接收端數(shù)據(jù)包過濾，以及讀取數(shù)據(jù)指示符和回寫數(shù)據(jù)報文的并行性操作。同時，簡化了軟件驅(qū)動程序處理包的流程，降低CPU的工作量。

  據(jù)王博士介紹，網(wǎng)迅科技編制了萬兆網(wǎng)絡控制器的一個評價標準，建立了十個評價方面，每個評價方面包含一些重要的功能與性能指標(每個指標1分)，最高分數(shù)為77分。通過10大類總共77項的對比，閃迅萬兆網(wǎng)絡控制器得分最高(67分)，達到國際先進水平，并在虛擬化和網(wǎng)絡安全方面達到世界領先水平。

  2018年5月5日，中國指揮與控制學會在北京舉行“閃迅萬兆網(wǎng)絡智能控制器”科技成果鑒定會。倪光南、費愛國、王子才等11位中國工程院、中國科學院的兩院院士，以及19位來自軍隊科研院所、軍工集團、知名高校和企業(yè)的專家參加了會議。北京網(wǎng)迅科技有限公司研制的“閃迅萬兆網(wǎng)絡智能控制器”是計算與存儲設備必備的核心部件，主要作用是負責設備連接網(wǎng)絡時輸入輸出數(shù)據(jù)的控制與處理。與會院士、專家認為，這是我國第一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)級萬兆以太網(wǎng)控制器芯片，對于打破國外壟斷，確保國家信息安全具有十分重要的意義。

  目前，網(wǎng)迅萬兆網(wǎng)絡控制器芯片與申威、飛騰、龍芯等國產(chǎn)CPU平臺，和麒麟、深度等國產(chǎn)操作系統(tǒng)適配成功，并在多家國內(nèi)主流服務器平臺測試良好，經(jīng)國家級測評中心測試。芯片已經(jīng)量產(chǎn)15000余片，生產(chǎn)/銷售網(wǎng)卡5000余張。