Turinys
Tinklo procesoriai pranašauja Interneto revoliuciją 2Ar daug kas girdėjote apie kompaniją MMC? Matyt, nelabai daug. 2Didžiausi konkurentai 3Vietoj šynos 3Standartiniai produktai 4NISC architektūra 4Mažiau ir mažiau 4DSP procesoriai 6ADSP – 21XX šeima 621xx šeimoje yra šie bazinės architektūros elementai 7ADS 7
Tinklo procesoriai pranašauja Interneto revoliuciją
Tinklo procesoriai gali iš esmės pakeisti internetinės struktūroskūrimą. Griežtas spartaus naujų sprendimų įdiegimo rinkoje reikalavimassąlygos standartinių programinės įrangos valdomų tinklo procesorių galiąišstumti specialiais integriniais grandynais ASIC (Application SpecificIntegrated Circuit – taikomoji integrinė schema) paremtus įrenginius. Švedųsavaitraštyje “Elektronik i Norden” skelbiamame interviu amerikiečiųkompanijos MMC specialistas Robinas Melnickas dėsto savo nuomonę apie šiastendencijas.
Ar daug kas girdėjote apie kompaniją MMC? Matyt, nelabai daug.
“Bet faktiškai būtent MMC ir išrado tinklo procesoriaus koncepciją”, –sako rinkodaros skyriaus šefas Robinas Melnickas. “Mes vadiname save“Network Processor Company” ir šią sąvoką saugome kaip prekės ženklą irJAV, ir Europoje.” MMC tinklo procesoriumi vadina procesorių, kuris visiškai valdomasprograminės įrangos ir optimizuotas kelių rūšių tinklo įrangai. “Tinklo procesoriai turėtų sukelti revoliucinius pokyčius taip, kaip irkuriama Interneto struktūra. Tie pokyčiai prasidės tuomet, kai įranga su procesoriais, kurieprogramuojami aparatūriškai, bus pakeisti programine įranga valdomaisprocesoriais.”
Kompanijos MMC rinkodaros skyriaus šefas Robinas Melnickas.
Viską lemia sąvoka “time-to-market” (laikas iki patenkant į rinką).Jei, pavyzdžiui, naudojama ASIC, galima gauti tai, ko norima, bet reikiapalaukti keletą metų. O šiandieninėje situacijoje net ir mėnesiusuvėlavimas gali kainuoti milijoninius nuostolius. Visi nori gauti jiemsreikalingus produktus greitai, todėl jie nori nenori pradės naudoti tinkloprocesorius. “Didžiausias mūsų klientas yra Cisco, kuriam tenka apie 25 proc.kompanijos apyvartos. Taip buvo iki tol, kol ši kompanija nusipirko
Aeropoint, didžiausią tinklo internetinių komutatorių gamintoją. BetAeropoint irgi mūsų klientas, todėl dabar Cisco iš viso nuperka 40 proc.mūsų gaminių. Nortel, Lucent, Alcatel, Fujitsu – tai kiti mūsų klientai, naudojantystinklo procesorius. Tai didelės kompanijos, gaminančios šimtus įvairiųįrenginių, o tai reiškia, kad jiems dirba dideli konstruktorių, norinčiųpatys spręsti, kaip turi atrodyti jų gaminys, kolektyvai. Kiekvienametokiame kolektyve rasime po kelis tuzinus žmonių, vartojančių tinkloprocesorius.”Didžiausi konkurentai:
“Didžiausi mūsų konkurentai yra ne Intel, Motorola ar IBM, kuriosgamina panašius produktus. Blogiau yra, kai ASIC kuriančios kompanijos visdar bando įsiūlyti mūsų potencialiems klientams savo pasenusią įrangą.Todėl mums tenka visą laiką bendrauti su klientais ir įtikinėti juosnebijoti naujovių.” Šiuo metu stengiamasi padidinti tinklo procesorių spartą. Sparčiausišiandieniniai lustai skiriami OC-48 lygmeniui (2,4 Gb/s). MMC neseniaipristatė savo strateginį planą, kuriame numatoma sukurti tinklo procesoriųOC-192c (10 Gb/s) lygmeniui. Tikimasi, kad pirmieji šios serijos gaminiaipasirodys dar 2001 m. “Neseniai mes taip pat sukūrėme tinklo procesoriams C kalboskompiliatorių. Svarbiausia to pasekmė ta, jog dabar mūsų procesoriaipasidarė paprasčiau programuojami. Šis gaminys labai sutrumpino tinkloprocesorių kelią iki rinkos. Anksčiau programas reikėdavo rašyti“Assembleriu”. Mūsų konkurentų procesoriai iki šiol tesupranta tik šiąkalbą.”
Asmeninis kompiuteris ir tinklo korta
Įdomu žvilgtelėti kokius dešimt metų atgal ir pasižiūrėti, kaip buvokonstruojami maršrutizatoriai tuomet. Tuomet buvo naudojamas bendras CPU(Central Processing Unit – centrinis procesorių blokas), prie kurio peršyną prijungdavo daug tinklo kortų. Patį maršrutizavimą atlikdavoprogramiškai. Ir dabar galima sukurti maršrutizatorių iš įprastinioasmeninio kompiuterio ir poros tinklo kortų, bet toks sprendimas bus labailėtas.Kai buvo pradėti kelti didesni reikalavimai spartai, bendro CPU
neatsisakyta, bet kiekviena linijos korta buvo papildoma paskirstytuojuCPU, MAC ir PHY. Visa tai ir toliau jungiama prie procesoriaus per šyną.Šitaip, pavyzdžiui, atrodo Cisco 7500.Vietoj šynos
Šiandien lėtąją šyną keičia “audinys” arba kryžminiai perjungikliai.Dešimtis linijos kortų galima jungti prie vienintelio kryžminioperjungiklio, grindžiamo specialiai sukurtu, labai sparčiu ASIC.Kiekvienoje linijos kortoje signalai daugiausia apdorojami paskirstytojoASIC. Kažkur visoje šioje schemoje dar yra ir bendras procesorius. Bet ką daro pats maršrutizatorius? Jis priima paketą, nustato kur linkjį reikia pasiųsti, nurodo, į kurį portą jis turi būti perduotas, galbūtpagerina šiek tiek QoS (paslaugų kokybė) ir numato galimus atsarginiuspaketo maršrutus. Visa tai atlieka specialiai sukonstruotas ASIC,prižiūrimas centrinio CPU. “Šio sprendimo trūkumas, dėl kurio mes ir stengiamės įtikinti klientusieškoti geresnių variantų, yra ilgas įrangos kelias iki rinkos. Aišku, ASICgalima pagaminti labai sparčius, bet tai užtruktų dvejus trejus metus. Kaijie galiausiai pasiektų klientus, grandynų funkcijos būtų “kietai”įrašytos, ir jei reiktų ką nors keisti, tektų vėl laukti.” “Tinklo procesoriaus pranašumas yra tas, jog klientas gali pasiimtimikroschemą iš mūsų sandėlio ir iš karto užprogramuoti jame tas funkcijas,kokių jam reikia. Viena vertus, tai galima padaryti daug greičiau nei kurtinaują mikroschemą, kita vertus, paprasčiausiai nesunku prireikus padarytireikiamas korekcijas. Taigi, galima kalbėti ne vien apie trumpesnį “time-to-market”, bet ir apie pailgėjusį “time-in-market”. Standartiniame MMC asortimente rasime ir programiškai valdomų linijoskortoms procesorių ir kryžminių perjungiklių. Tinklo procesorių šeima buvopakrikštyta nP, o kryžminiai perjungikliai su atitinkama srautų vadybosįranga – nPX. Srautų valdymo įranga gali, pavyzdžiui, praplėsti arbaapriboti atskiriems vartotojams priklausančią dažnių juostą; šias funkcijas
vykdo nPX gaminių aparatūrinė įranga.Standartiniai produktai
“Dabar mes matome, kaip nuo ASIC paremtų specializuotų gaminiųpereinama prie standartinių produktų, kurių funkcijas galima keistiprogramiškai. Prieš aštuonerius devynerius metus kiekvienas tinklų įrangosgamintojas kūrė savo fiziniam sluoksniui (PHY) skirtas mikroschemas. Dabarto praktiškai nebedaro niekas. Tokie gamintojai kaip PMC, AMCC ar Vitessetiekia standartinius produktus su įrašytomis reikalingomis funkcijomis.” Dabar taip pat pastebima tendencija, jog panašiai nuo ASIC priestandartinių produktų pereinama vis aukštesnės ir aukštesnės pakoposkomponentuose. Iš jų visų tinklo procesoriai yra patys sudėtingiausi, nesturi savyje labai daug paketų modifikavimui ir manipuliavimui reikalingosinteligencijos. “Jų vertė yra ta, kad konstravimo ciklas labai sutrumpėja.Normaliai ASIC konstravimas užtrunka nuo 15 iki 30 mėnesių. Naudojantstandartinius produktus ši trukmė sumažėja labai žymiai. Bet iš tikrųjųdidelių laimėjimų gaunama tuomet, kai reikia sukurti tobulesnes prietaisoversijas. Mūsų koncepcija leidžia perprogramuoti procesorių. Netgi nereikianieko keisti įrangos plokštėje. Visiškai naujas gaminys šitaip atsirandaper 69 mėnesius.”
NISC architektūra
Pačiame procesoriuje nėra CPU, tikrąja šio žodžio prasme, nes jamkeliamos visai kitos užduotys nei įprastiniam CPU. Procesorius privalogreitai permesti duomenis sistemos viduje. Pati šerdis sukonstruotakompanijos specialistų; joje naudojama NISC architektūra (Network-optimizedInstruction Set Computing device – tinklui optimizuoto instrukcijų rinkinioskaičiuojantis prietaisas). Pavadinimas atspindi tai, jog procesorius galiatlikti daug tinklui būdingų užduočių turėdamas tik vieną instrukciją, –pavyzdžiui, prikabinti prie paketo antraštę. Bendras instrukcijų skaičiussiekia apie tuziną. MMC konkurentai vietoj to įsigyja kurios nors RISC šerdies licencijas.Pavyzdžiui, Intel savo tinklo procesoriuos naudoja kelias StrongARM šerdiesiteracijas, o Motorola savuosiuose tinklo procesoriuose – net 16 MIPSšerdies iteracijų. Visa tai daroma siekiant padidinti procesoriaus spartą.Bet tokį kelią sąlygoja pora problemų – viena jų yra sklaidomoji galia. Kai
ji pasiekia nuo 20 iki 40 W, procesoriai gerokai įšyla. MMC procesoriusnP7120, skirtas OC-48 spartoms, turi tik dvi šerdis, todėl šiuo atvejuišsiskiria mažesnė nei 4 W galia. MMC buvo įkurta 1992 m., o biržoje užregistruota 1997 m. Kalbama, kadkompanija susijungs su svarbiausiu PHY mikroschemų gamintoju AMCC iš SanDiego. Po susivienijimo bendra abiejų kompanijų rinkos vertė sieks 4,5mlrd. dolerių – naujoji firma bus didžiausia pasaulyje komunikacijomsskirtų integrinių grandynų gamintoja bei antra pagal dydį puslaidininkiųpramonės įmonė Jungtinėse Valstijose.Mažiau ir mažiau
Ta pati galia už pusę kainos. Arba dvigubai didesnė sparta už tą pačiąkainą. Maždaug šitaip skamba IBM korporacijos kalba apie savo naująją Unixtarnybinę stotį „IBM p690″. Viena iš svarbiausių šios sėkmės priežasčiųbuvo tai, jog IBM darbo kokybei ir patikimumui pagerinti pritaikėdidžiuosiuose kompiuteriuose naudojamas technologijas.Naujausioje IBM Unix tarnybinėje stotyje (serveryje) „IBM p690″, darvadinama „Regatta”, pritaikytos didžiuosiuose kompiuteriuose naudojamostechnologijos, perimtos iš kompiuterio „IBM eServer z900″.
„IBM eServer z900″.
1 pav. Šio padėklo procesoriai pasaulyje galingiausi
„IBM p690″naudojami procesoriai Power4, kuriuos IBM darbuotojai vadina„ištisa sistemaviename luste”. Power4 luste yra du PowerPC procesoriai, kiekvienas veikia1,1 arba 1,3 GHz sparta. Modulis dar turi sisteminį komutatorių, talpią„cache” atmintinę bei įvesties ir išvesties įrenginius. Kiekviename Power4netgi yra numatytos srovę taupančios funkcijos.. Procesorių moduliai sugrupuoti po aštuonis – iš viso decimetro dydžiomodulyje yra aštuoni procesoriai. Kiekvienas modulis siejasi per sisteminįkomutatorių, veikiantį 125 gigabaitų per sekundę sparta. Todėl sistema galirealiu laiku apdoroti didelius duomenų, pavyzdžiui, video kiekius. 125 GB/smaždaug atitinka 25 DVD filmus per sekundę. Sistema turi 32 Power4procesorius. Visą sistemą įmanoma padalinti į virtualias mašinas arba „partitions”.„IBM p690″ galima naudoti kaip vieną didelę daugiaprocesorinę skaičiavimomašiną arba 16 virtualių skaičiavimo mašinų, dirbančių pagal AIX 5L arba
„Linux” operacijų sistemas. Dabar veikiantį kompiuterį dar neįmanomaautomatiškai perkonfigūruoti jam veikiant, pavyzdžiui, pasikeitus apkrovai,tačiau visa tai bus galima padaryti pagal kitąmet pasirodysiančią naująjąAIX versiją.1 lentelė. IBM dvigubai spartesnė nei konkurentai.
Patikimumui didinti IBM įrengė klaidas aptinkančią ir jas taisančiąaparatūrą tiek procesoriuose, tiek atmintinėse. Tie, kuriuos ypač dominaatspari klaidoms sistema arba kurie nori turėti superkompiuterio klasęatitinkančią galią, gali sujungti kelis „IBM p690″ serverius į daugiau kaip1000 procesorių turinčias sankaupas. IBM mielai lygina „IBM p690″ su paskutiniu savo konkurento Sununiksiniu serveriu „Fire 15K”. Lyginant išmatuotus kompiuterių veikosparametrus, naujoji IBM mašina yra maždaug dvigubai spartesnė už „UltraSparc III” procesorius turintį „Sun Fire 15K”.
2 pav. „Serveris viename luste“.Taip IBM apibūdina savo naująjį kūrinį.
„IBM dar nebaigė tobulinti savo serverių, – sako Rodas Atkinsas, kuriskompanijoje atsakingas už tinklo serverių kūrimą. – Kitas mūsų žingsnis busIBM didžiųjų skaičiavimo mašinų technologijos įdiegimas visuose dideliuoseserveriuose. Šitaip mes siekiame pakeisti padėtį serverių rinkoje, kuriojedabar dominuoja Intel gaminiai.” „IBM p690″ su aštuoniais 1,1 GHz procesoriais, aštuonių gigabaitųdarbine atmintimi ir 36,4 GB mintimi kainuos apie du milijonus litų.
DSP procesoriai
Visiškai priešingu keliu nuėjo Analog Devices korporacija, kurdamaskaitmeninių signalų apdorojimo procesorius ADSP, kurie atlieka daugybжsudėtingų operacijų per vienа mašinos taktа. Trumpai susipažinkime su DSP procesorių architektūra nagrinėdami ADSP –21xx programuojamų mikroprocesorių ir mikrokompiuterių šeimа.
ADSP – 21XX šeima
ADSP-21xx yra programuojami mP ir mK skaitmeninių signalų apdorojimui(DSP) ir kitoms operacijoms, naudojantys modifikuotа Harvardo archtektūrа,paremtа atskiromis duomenų ir instrukcijų magistralėmis (bus). ADSP- 2101ir tolesni yra mK, paremti 2100 mP. Jose be pagrindinių mP elementų yra 1K 16 bitų duomenų (data) RAM ir 2
k 24 bitų programų RAM, nuoseklūs bei lygiagretūs (2111) uostai, taimerisbei pertraukimų ralizavimo mazgai. Per vienа taktа (cycle) mP paima (fetch)operandа iš vidinės duomenų atminties, operandа iš vidinės programųatminties ir kitа instrukcijа iš vidinės programų atminties. mK pagamintigreitaveikio 1.0 mk dvigubo sluoksnio (double layer) metalizuoto KMOP(CMOS) proceso pagrindu ir dirba 50 MHz vidiniu, bei 12,5 MHz išoriniusinchrodažniu, realizuodami visas komandas per 80 ns. ADSP-2101 būna 68kojelių PGA (pin grid array) ir 68 laidelių PLCC (plastic leaded chipcarrier) korpuse.21xx šeimoje yra šie bazinės architektūros elementai :
– Aritmetinis – loginis įrenginys ALU (Arithmetic – Logical Unit);
– Daugintojas – akumuliatorius MAC (Multiplier – Accumulator);
– Postūmiklis BS (Barrel Shifter);
– Du duomenų adreso generatoriai DAG (Data Address Generators);
– Programų sekiklis PS (Program Sequencer);
Efektyvus duomenų perdavimas pasiekiamas naudojant penkias vidinesmagistrales:
1. Programų atminties adreso PMA (Program Memory Address);
2. Programų atminties duomenų PMD (Program Memory Data);
3. Duomenų atminties adreso DMA (Data Memory Address);
4. Duomenų atminties duomenų DMD (Data Memory Data);
5. Rezultato R (Result):
ADS
ADSP-21xx asembleris pagrįstas paprastai skaitoma ir koduojamaalgebrine sintakse, skaičiavimų ir duomenų perdavimų šaltiniai ir kryptysyra tiesiogiai rašomi kiekviename asemblerio teiginyje (statment),išvengiant specialių mnemoninių pažymėjimų. Kiekviena instrukcija telpa 24bitų žodyje ir yra įvykdoma per vienа taktа. Yra 5 pagrindinės instrukcijųkategorijos: duomenų perdavimo (data move), skaičiavimo (computational),programų srautų valdymo (flož control), kitos instrukcijos.
P – 21XX mikrokompiuterių blokine schema
IŠVADOS
Tinklo procesoriai gali iš esmės pakeisti internetinės struktūroskūrimą. Griežtas spartaus naujų sprendimų įdiegimo rinkoje reikalavimassąlygos standartinių programinės įrangos valdomų tinklo procesorių galiąišstumti specialiais integriniais grandynais ASIC (Application SpecificIntegrated Circuit – taikomoji integrinė schema) paremtus įrenginius. Švedųsavaitraštyje “Elektronik i Norden” skelbiamame interviu amerikiečiųkompanijos MMC specialistas Robinas Melnickas dėsto savo nuomonę apie šias
tendencijas. Procesoriai –pagrindinis kompiuterių elementas. Jis apdorojainformacija,be ju negalimas joks veikimas.Jiems yra skiriama daugdemesio.Kuriami vis naujesni, galingesni, patogesni. Šiame referate pasirinkti patys naujausi,arba vieni is naujesniuprocesorių,ju duomenys,galimybės. Pasirinkta pagrine triju firmųprocesoriai. Rinkausi procesorius, nes jie mane domuina. Turi daug reiksmėsateityje, kur be procesorių neimanoma jokia perdavimo.susisiekimo ir kitatechologija.