使用瑞薩電子LLDRAM-III和FPGA技術實施參考設計，支持流量達到100Gb級
使用瑞薩電子LLDRAM-III和 FPGA技術實施的瑞薩電子數據包標題搜索參考設計
2016年6月30日，日本東京訊——全球領先的半導體解決方案供應商瑞薩電子株式會社（TSE：6723）今日宣布推出一種面向100Gb通信設備，如路由器、交換機和服務器的數據包標題搜索參考設計。
該瑞薩電子參考設計由LLDRAM-III (RMHE41A364AGBG)高功效、低延時存儲器(LLDRAM)、專有精確匹配搜索IP和FPGA（注1）設備上的LLDRAM-III控制器IP，以及開發支持工具組成。它使用的存儲設備數量僅為采用標準DRAM存儲器的配置中所需設備的1/15，卻能實現100Gb流量的數據包標題搜索功能，并將存儲器功耗降低60%。
隨著物聯網(IoT)時代的到來和連接設備所接收和發送數據量的快速增加，提高網絡速度已成為當務之急。尤其是有更多的數據中心將其流量速度從40Gb切換至100Gb，以支持不斷增加的數據量和搜索條目數量。但是，提高網絡設備的速度通常會導致功耗增加，產生設備包溫度和電力成本等問題。此外，SDN和NFV的廣泛應用要求頻繁通過軟件修改網絡配置，而且需要使用支持靈活重新配置的網絡設備。在這一背景下，瑞薩電子開發了高功效、可處理高速流量的數據包標題搜索參考設計。它采用了FPGA技術，可進行靈活的網絡配置，并擁有可存儲一百萬或更多搜索條目的LLDRAM-III存儲器。
數據包標題搜索參考設計的主要特點：
(1) 僅消耗2瓦，相當于40Gb流量的功耗，即可以100Gb流量進行一百萬次或更多（注2）的數據包標題搜索輸入
LLDRAM-III是瑞薩電子推出的一種高功效、低延時存儲器，支持每秒400兆次存取（讀取或寫入操作），傳輸57.6 Gb數據所需的功率僅為2瓦或更低。將該存儲器與瑞薩電子新開發的搜索算法相結合，使用單個LLDRAM-III設備每秒可以處理1.5億次數據包標題搜索，達到100Gb以太網的要求。而使用傳統搜索算法（注3）和標準DRAM的配置進行同樣的處理，則需要大約15個存儲設備，功耗大約為5瓦（注4）。該新型參考設計將存儲設備數量減少為單個LLDRAM-III存儲器，并將存儲器功耗降低60%。這樣能夠將存儲器安裝面積和存儲器與FPGA之間的信號線數量均減少90%，因此可以使用一個少管腳的FPGA配置系統并有助于降低整體成本。
(2) 靈活的搜索關鍵字長度功能，無需改動搜索IP設計即可適應新通信協議
精確匹配的搜索IP可靈活改變搜索關鍵字長度，以1位為單位，最多可達143位（注5）。在不修改搜索IP設計的情況下，不僅能適應常規的MAC地址搜索，還能適應通過網絡虛擬技術進步實現的新通信協議。此外，可通過指定更短的最大搜索關鍵字（注6）長度，將搜索條目的數量擴展到二百萬個甚至四百萬個。在使用143位的最大搜索關鍵字長度時，還可通過劃分搜索結果所附加的搜索關鍵字區域和數據包處理規則區域，支持同時輸出搜索結果和數據包處理規則。
搜索關鍵字長度可靈活設置，從而支持使用網絡虛擬化的新協議。
通過劃分搜索關鍵字使用的部分，簡化搜索后數據包處理。
(3) 完全集成的參考設備工具包可將網絡設備設計所需的開發時間縮短大約六個月
開發支持工具包括1) 一個參考板，在FPGA和LLDRAM-III之間具有成熟的互操作性，從而節省設計和驗證所需的時間，2) 包括搜索IP的設計樣本，3) 完整的驗證環境，4) 完整的評估環境。借助這些工具，用戶可以同步啟動FPGA子系統設計和網絡設備設計，從而將開發周期時間大幅縮短約六個月（根據瑞薩電子的計算結果）。
瑞薩電子為數據中心和骨干通信網絡外部通信接口所使用的200Gb級別復雜通信處理提供NSE(https://www.renesas.com/en-hq/about/press-center/news/2015/news20150427.html)。對于100Gb及以下的通信處理，在擁有大量端口的數據中心內的應用程序中，瑞薩電子提供由LLDRAM-III和FPGA組成的數據包標題搜索參考設計。通過基于FPGA的這種新型搜索解決方案，可進行靈活的通信，并為快速發展的網絡技術提供支持，瑞薩電子通過開發新的解決方案，繼續履行其對通信市場的承諾。
（注1）在參考設計中測試的FPGA是來自Xilinx, Inc的Virtex UltraScale / Kintex UltraScale FPGA系列。
（注2）一個搜索條目由一個搜索關鍵字和一個數據包轉發目的地組成。
（注3）使用三個位圖來搜索（48位）MAC地址時。
（注4）根據瑞薩的計算結果。
（注5）只有當搜索條目的數量設為一百萬個時，才支持143位的搜索關鍵字長度。搜索條目數量為二百萬個時，最大搜索關鍵字長度為71位；搜索條目數量為四百萬個時，最大搜索關鍵字長度為35位。
（注6）搜索關鍵字是一種具有規定位寬度的數據單位，用于數據包識別。