Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 介面技術
 
 
介面技術  

三種先進串列互連標準的核心結構特性分析

上網時間: 2005年06月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:串列互連標準  結構特性  標準互連結構  serial interconnect standards  Infiniband 

設計者要為某一特定應用選擇一種合適的標準互連結構,必須對需要執行的數據封包、服務種類區分、擁塞管理、事件處理、結構初始化及管理需求等核心結構特性進行徹底分析。作者討論的三種串列互連標準,在特性選擇及簡單與靈活性之間的折衷方面各有不同。

隨著網際網路繼續呈指數成長,人們正從各個層面上感覺到這種驚人的發展速度。但如果想繼續保持這種成長速度,晶片、電路板及系統機架間的互連速度就變得非常關鍵,以順應網際網路支援系統相應地成比例成長的趨勢。

很簡單,將重要的CPU周期花在數據處理及轉發上不再能被接受。為有效解決此問題,人們將計算能力從中央處理器轉移至卸載引擎及I/O元件上。系統架構中的這種轉移已使互連技術的選擇成為更重要的設計考慮事項,以便能以一種經濟的方式來達到所期望的系統性能。

圖1:Infiniband結構系統。

由於每個元件引腳數越來越多、匯流排上偏斜餘量愈發緊張以及板佈局複雜性不斷提高,故使互連變得更寬及更快已不再可行。因此,轉移到更窄、更可靠的高速互連便成為一個自然而然的步驟。

過去,業界開發出多種專有高速互連技術來消除內部系統瓶頸。為緩解高成本、長引腳延遲以及缺乏互作業性等問題,幾個產業組織已開發出多項新型串列高速互連標準和協議。所有這些標準與協議都擁有一個共同的問題,即:它們都基於長期確立的技術。這主要是考慮到軟體再利用、易於接受以及後向相容性等因素。Infiniband、快速結構(Rapid Fabric)以及先進交換互連(ASI)成為在該市場中競爭的領先標準。正如過去所產生的,促使新互連標準被廣泛接受的催化劑將是整體系統性能而不僅僅是技術優點。

交換結構互連─高層次目標

交換結構互連的主要目標是:為原始連接提供高性能、保持一個比系統中所有線卡合計頻寬更寬的頻寬(以補償分段與協議開銷),以及在構成系統的不同實體間傳輸控制與數據資訊等。數據傳輸中的相關延遲與抖動是決定系統性能高低的重要指標。

交換結構的串流控制特性提供必要的QoS參數來確保每個串流的預定特性。QoS參數只能透過部署擁塞管理策略與機制來得到保證,以防止該交換結構中鏈路與組件容量過載。使這些特性保持適當的平衡,對於既支援各種應用又不會使元件複雜性增加(以不使成本過高而阻礙其被廣泛採納)非常關鍵。

提供一組平衡特性以避免增加不必要的成本與複雜性非常關鍵。元件尋址、數據封包路由以及互連支援的數據封包格式等,都是能幫助了解系統性能的重要參數。詳細分析串流控制與擁塞管理的核心互連特性,再加上錯誤檢測與處理,可清晰地顯示出該架構的實力。透過評估由互連提供的軟體介面及結構初始化服務來分析軟體複雜性也非常重要。

Infiniband架構

Infiniband架構(IBA)正在朝叢集等高階計算應用領域發展,這些應用要求有故障恢復、高可用性、可靠性及耐用性等特性。IBA支援模組至模組以及機箱至機箱互連、可以X1、X4及X12三種形式應用並採用2.5GHz時脈。所支援的吞吐量為2、8或24Gbps,佔用8B10B編碼開銷。為提供必要的QoS,該標準還提供了16級可映射到16個服務層的虛擬通道。基於信用的串流控制及注入速率控制機制,被用來提供必要的擁塞管理。其結構管理則支援簡單的網管協議(SNMP)。

它定義了用於可靠消息傳送(發/收以及DMA)的硬體協議,但未定義消息內容。硬體協議允許從作業系統的內核及用戶空間來傳送數據。

圖2:RapidIO結構系統。

Infiniband支援諸如配置與資產管理、錯誤報告、性能指標收集以及拓樸管理等結構服務。它天生就使用IPv6封包頭來在IBA結構與網際網路之間有效地交換數據。該架構具有更高的可擴展性、可用性、隔離度以及更少的CPU使用率,而且還支援網際網路技術。它以單獨控制與記憶體介面來控制數據進出節點的記憶體。

Infiniband是一種可滿足儲存區域網路、高階計算叢集及區域網路需求的全新互連標準。但以此種方式來建構這項標準以及為達其目標所帶來的複雜性,卻極大地限制了人們對它的採用與接受。

快速結構

快速結構(Rapid Fabric)是串列快速I/O(sRIO,Serial Rapid I/O)互連的擴展。sRIO是一種瞄準處理器互連應用並已被一些DSP元件所採用的晶片至晶片串列互連。其基本規範增加了組播、串流控制及數據串流等特性,以將其轉換成流量管理通訊結構。

快速結構以1.25/2.5/3.125GHz時脈速度支援X1及X4。在X4上,它所支援的最大頻寬(佔用8B10B編碼開銷)在3.125GHz時脈速度上為10Gbps。其架構被組織成由邏輯、傳輸及實體層組成的三層協議堆疊。邏輯層定義了被端點用來執行互連服務的協議;傳輸層定義了用於傳輸的尋址方案;廣播與組播功能則透過作業傳輸資訊來實現;實體層定義了數據封包傳輸機制、串流控制與電氣特徵。它總計能支援多達三路傳輸串流及四個虛擬通道。該標準委員會目前正在努力工作以進一步支援串流控制與擁塞管理等特性,以滿足背板要求。

由快速結構連接的元件使用基於元件地址的路由,這要求在交換機上保持路由表。串流控制基於信用或遵循反應途徑(其中接收方發送一個控制符號給發送方以便其進行數據封包再發送)。擁塞管理則是基於簡單的每串流源XON與XOFF消息傳送。

sRIO採用封包(數據封包)交換、非相干、基於記憶體以及消息透過編程模型,支援分佈式I/O處理。它支援從很小到很大的各種網路規模。在基於sRIO的系統中,元件ID並不取決於其位置。協議與數據封包格式為拓樸不可知。協議能處理亂序數據封包發送與接收。

圖3:先進交換互連結構系統。

先進交換互連(ASI)

ASI針對PCI Express進行了擴展,以提供一種旨在覆蓋計算與通訊互連的可擴展互連。它可從產業對PCI標準的廣泛接受度上受益。ASI採用由實體、數據鏈路及傳輸層組成的三層協議堆疊來實現。它再使用了PCI Express的實體及數據鏈路層,只進行了少許增強。但傳輸層被完全改寫以滿足背板互連的目標要求。

ASI是一種高度可伸縮架構,支援X1、X2、X4、X8、X12、X16及X32路,可提供高達64Gbps的吞吐量,並能在2.5Gbps時脈速度上工作。儘管可透過使用區域SARing能力來支援無限長度數據封包,但最大數據封包長度為2,176位元組。它採用基於路徑的路由以及可靠傳輸機制,可選擇非可靠提交。這種尋址方案由於不需要在交換機上支援查找表而能簡化整個解決方案。數據封包方案只有很少的封包頭開銷,它透過低延遲及良好的抖動控制來提供確定性行為。

ASI標準可提供多達20條虛擬通道,分成以下三組:8條可旁路通道(用於傳輸載荷儲存協議)、8條有序通道以及4條組播虛擬通道,可支援幾乎所有應用類型。在邏輯層,它支援每虛擬通道8種流量類型,以提供QoS及流量區分。它採用基於信用的鏈路層串流控制方案。對於擁塞管理,它支援基於狀態的串流控制、注入速率控制、最小頻寬或由供應商定義的輸出調度等。

該規範還定義了一些基本元素來支援熱插拔、冗餘路徑、多擁有者實體以及高效結構管理故障恢復等高可用性能力。它以一種協議診斷方式並透過集中於路由及保持幾類隧道協議服務特徵來支援幾乎所有傳輸、網路或鏈路層協議的開隧道(tunnelling)。

圖3為一種典型的ASI結構拓樸。I/O元件或CPU天生可支援ASI介面或能透過一個ASI橋接元件來與ASI結構相連。它透過採用主交換器及I/O交換器並利用PCI Express分層樹結構來橫跨多個CPU域。圖3還顯示乙太網路數據穿過Gb乙太網路I/O元件與DSP叢集之間ASI結構的透明隧道。

事實上,ASI對PCI Express進行了擴展,以使其能滿足各種應用的需求並能獲得更廣泛的接受。最重要的是,PCI Express匯流排的三層協議堆疊結構允許ASI不受阻礙地重寫整個處理層,以一種最全面的方式來滿足背板互連的要求。

上面討論的三種串列互連標準,在特性選擇及簡單與靈活性之間的折衷方面各有不同。要為某一特定應用選擇一種合適的標準結構互連,必須對需要執行的數據封包、服務種類區分、擁塞管理、事件處理、結構初始化及管理需求等核心結構特性進行徹底分析。但這些特性均具有其各自的技術優點,很難確定誰是勝者。而像提供符合標準及具有互作業性的晶片的供應商數量、開發工具以及軟體可用性等其它因素,則成為決策過程中的關鍵因素。此外,可最佳地利用產業規模經濟的互連技術,如那些帶PCI Express的互連等,則很可能會獲得更廣泛的採納與使用。

作者:Harpinder Matharu


應用工程師


IDT公司





投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 三種先進串列互連標準的核心結構特性分...
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首