網(wǎng)迅科技王界兵：國內(nèi)首款萬兆網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(dān)任技術(shù)職務(wù)。王博士于2001年創(chuàng)立杭州中天微系統(tǒng)有限公司，并擔(dān)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(dá)克上市公司Hifn公司中國總部業(yè)務(wù)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(lǐng)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(lǐng)域關(guān)鍵設(shè)備上的不可或缺性的芯片核心器件一旦缺失，關(guān)鍵設(shè)備無法生產(chǎn)出貨?？煽啃栽O(shè)計是企業(yè)級芯片的一個重要指標(biāo)，關(guān)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(hù)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(luò)控制器芯片的供應(yīng)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(luò)控制器芯片，填補了中國在這領(lǐng)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(luò)控制器的壟斷地。

  網(wǎng)迅科技推出的“閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(luò)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(dǎo)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(luò)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(jìn)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(jìn)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(wù)的虛擬機從一臺物理服務(wù)器遷移至新的物理服務(wù)器。虛擬機短暫宕機時，這部分?jǐn)?shù)據(jù)包由于無法到達(dá)虛擬機而被丟棄。閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)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(biāo)。當(dāng)虛擬機在原物理服務(wù)器宕機后，緩存后面到來的數(shù)據(jù)包;在虛擬機在目標(biāo)物理服務(wù)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(shè)計里，服務(wù)器軟件直接配置控制芯片。服務(wù)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(jìn)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(luò)控制器首次提出了在萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器中設(shè)置不透明安全模式，提供網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)。

  網(wǎng)迅科技研發(fā)的閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)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(wù)器軟件無法改變網(wǎng)卡的控制寄存器。服務(wù)器與網(wǎng)卡的操作界面被嚴(yán)格限制為數(shù)據(jù)流操作。網(wǎng)卡對服務(wù)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(wù)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(rèn)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(luò)控制器芯片運用了多種優(yōu)化技術(shù)達(dá)到實際小包傳輸速率的提升。雖然很多芯片在設(shè)計上能夠達(dá)到線速，但是實際上卻由于CPU的性能和并行性瓶頸而達(dá)不到線速。網(wǎng)迅萬兆網(wǎng)絡(luò)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(luò)控制器的一個評價標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)(每個指標(biāo)1分)，最高分?jǐn)?shù)為77分。通過10大類總共77項的對比，閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)控制器得分最高(67分)，達(dá)到國際先進(jìn)水平，并在虛擬化和網(wǎng)絡(luò)安全方面達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

  2018年5月5日，中國指揮與控制學(xué)會在北京舉行“閃迅萬兆網(wǎng)絡(luò)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(xué)院的兩院院士，以及19位來自軍隊科研院所、軍工集團(tuán)、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(luò)智能控制器”是計算與存儲設(shè)備必備的核心部件，主要作用是負(fù)責(zé)設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)時輸入輸出數(shù)據(jù)的控制與處理。與會院士、專家認(rèn)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(luò)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(wù)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。