Processori per l’elaborazione unificata

PROCESSORI –

I Network Flow Processor di Netronome si rivolgono alle nuove applicazioni di “unified computing”, riunendo le funzioni di virtualizzazione, elaborazione dei contenuti e crittografia.

La diffusione delle tecniche di virtualizzazione dei server, la nuova visione di “unified computing” promossa da Cisco e le evoluzioni dello standard Pci Express (che ora consente la virtualizzazione degli I/O) stanno cambiando in modo sensibile il panorama tecnologico nel campo dei sistemi di elaborazione che costituiscono l'infrastruttura delle reti e dei grandi data center aziendali. In questo scenario si inseriscono i nuovi Network Flow Processor recentemente presentati da Netronome, società fabless che ha la propria sede centrale in Pennsylvania e un ufficio europeo a Cambridge. I dispositivi della famiglia NFP-32xx - destinati a operare congiuntamente a processori di uso generale, tra cui quelli con architettura Intel - si propongono di rimuovere le barriere nel campo dell'elaborazione unificata, rispondendo ai requisiti posti dalla convergenza tra gli apparati di rete e i grandi data center aziendali. Sono inoltre compatibili con il processore Intel IXP28XX e pertanto consentono di riutilizzare una notevole mole di software preesistente.

Quaranta core
I processori NFP si caratterizzano innanzitutto per un livello di prestazioni molto elevato: i modelli più potenti della famiglia sono dotati di ben quaranta core programmabili operanti a 1,4 GHz, in grado di eseguire oltre 56 miliardi di istruzioni al secondo con 320 thread hardware. Ciò consente ad essi di eseguire 1800 istruzioni per pacchetto alla velocità di 30 milioni di pacchetti al secondo. Ancora in materia di prestazioni, va sottolineata la disponibilità di 20 Gbps utilizzabili per l'ispezione profonda dei pacchetti (ai livelli L2-L7), la possibilità di eseguire le funzioni di sicurezza dei dati alla velocità della linea e la virtualizzazione degli I/O. I dispositivi offrono anche un'elevata efficienza energetica; il loro consumo è infatti compreso tra 15 e 35 watt.
 
I vantaggi per le architetture di elaborazione unificata
A differenza degli Asic con funzione fissa e delle NPU configurabili, i NFP di Netronome sono - secondo la società - i primi processori totalmente programmabili in grado di far fronte alle esigenze delle architetture di unified computing. Gli I/O, definiti tramite software, supportano sia l'elaborazione di pacchetti L2-L3 sia l'applicazione L4-L7 e consentono di effettuare l'ispezione profonda dei pacchetti tenendo conto del loro contenuto (modalità “content-aware”). La combinazione tra programmabilità e alte prestazioni permette anche di adottare un nuovo approccio per le schede adattatrici (adapter card) delle architetture di unified computing, dove le risorse hardware dedicate a funzioni quali FCoE HBAs, iSCSI, TOE ecc. possono ora essere rimpiazzate da implementazioni flessibili in firmware. Per favorire l'impiego delle CPU multicore virtualizzate - utilizzate sempre più spesso negli switch, nei router e nei network appliance - i dispositivi della famiglia NFP-32xx offrono un'implementazione di PCIe v2.0 comprendente la virtualizzazione degli I/O (SR-IOV, single root I/O virtualization), che consente di garantire una banda minima e un accesso a bassa latenza ai dispositivi con I/O condiviso. I driver SR-IOV di Netronome comprendono algoritmi configurabili per il bilanciamento del carico verso le Cpu multicore virtualizzate e meccanismi “zero copie” che migliorano sensibilmente lo sfruttamento di Cpu, memoria e banda disponibile. Oltre a offrire otto corsie Pci Express e, i chip NFP supportano una vasta gamma di interfacce di rete ad alta velocità come Interlaken dual 25 Gbps, SPI-4.2 e XAUI dual 10Gbps.

Sicurezza dei dati
Come si è detto, i dispositivi NFP possono farsi carico anche delle funzioni riguardanti la sicurezza dei dati, eliminando la necessità di processori espressamente dedicati a questo scopo. Grazie all'incorporazione dell'accelerazione hardware in un dataplane programmabile, i chip Netronome possono dedicare alle funzioni di sicurezza una capacità di 20 Gbps, offrendo - tra l'altro - engine crittografici per gli algoritmi RC4, 3DES, AES, SHA-1 e SHA-2; engine PKI con chiavi fino a 2048 bit; la possibilità di eseguire fino a 3,5 miliardi al secondo di “hash” a 64 bit; hardware dedicato per la generazione di numeri realmente casuali ecc. I processori NFP-32xx offrono inoltre funzioni hardware utili per la programmazione parallela, tra cui istruzioni Cam per la determinazione delle interdipendenze tra thread diversi, 44 Gbps di interconnessioni next-neighbor per pipeline ad alte prestazioni, 3 Tbps di banda per il bus dati commutato interno, Ecc su tutti i bus di memoria e altro ancora.
 
Strumenti di sviluppo
I processori NFP di Netronome possono contare su un “ecosistema” comprendente sistemi operativi, chip complementari, stack di protocolli, servizi di progettazione ecc. La società offre inoltre lo strumento di sviluppo Netronome Programmer Studio, derivato da Intel Developer Workbench (IXA SDK 4.3) e compatibile con il software preesistente scritto per i processori IXP. La suite Netronome comprende anche software pronto per la produzione, una piattaforma di riferimento per la valutazione del chip e schede PCIe per lo sviluppo del software.

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