Anthony Torza, XILINX
טכנולוגיית האתרנט (Ethernet) היא כלי מקובל בתעשייה מזה כמה עשורים. אם בהתחלה פעלו תחנות העבודה בקצב של 10Mb/s, רוחב הפס של האתרנט גדל משמעותית ומדי כמה שנים גדל ל-100Mb/s, 1Gb/s ו-10Gb/s. הגידול העצום של נתונים דיגיטליים ברשת הותיר את קווי ה-10Gb/s במרכזי הנתונים בלתי מספקים ונטולי מענה, מה שהוביל לצפיפות ועומס בחיבורי ה-uplink ובתקשורת נתונים על-גבי רשתות שדרה. במקביל, התרחבותם של המעבדים מרובי הליבות אפשרה לשרתים בודדים להתרחב עד ל-10GbE (ואפילו עד 40GbE בעתיד הקרוב).
המגמות הללו מעוררות ביקוש לממשקים מהירים יותר (100GbE) המסוגלים לצבור יותר נתונים ולספק uplink בתוך מרכז הנתונים ולתעבורת נתונים ברשת. ארגונים גדולים וספקיות טלקום רבות מבטאים באופן ברור וחד-משמעי את הדרישה שלהם לממשקים מהירים יותר.
פתרונות ביניים שנוצרו מתוך ניסיון להתמודד עם צבירה של כמה קווי 10Gb/s והפיכתם
ל-Link Aggregation Group (LAG – קבוצת מצבור קישורים) הוכחו כיעילים עד כמות של ארבעה קישורים (40Gb/s), אבל ליישומי LAG יש מגבלות חומרה ותוכנה המונעות התרחבות יעילה מעבר לארבעה קווי 10GbE.
בתחילת 2007 יצאה קבוצת המחקר HSSG (Higher Speed Study Group) שהוקמה על-ידי ארגון IEEE עם הצעה לשתי מהירויות בדור הבא של האתרנט: 40GbE (המתמקדת בקישורים פנימיים של מסד ארגוני) ו-100GbE (המתמקדת בחיבורי uplink של רשתות וביישומי תעבורת נתונים).
הדרישות הללו באות לידי ביטוי בתקן 802.3ba של IEEE. התקן אמנם כבר מגובש ברובו עם הגדרת ה-MLD (Multi-Lane Distribution), אך עד כה לא כל הבעיות נפתרו והתקן טרם אושר סופית. Xilinx משתפת פעולה עם איגוד האתרנט וארגון ה-IEEE במטרה להשלים את תקני ה-40GbE ו-100GbE, כאשר ה-FPGA הוכיח יכולת ייחודית לשדרג את התקן המתהווה ולעזור בהתמודדות עם השינויים.
כל תכנון חדש מכיל אלמנט של סיכון שאותו ניתן לכמת לפי אחד המדדים הבאים:
1.זמן יציאה לשוק (TTM): הצגת המוצר בעלות הנכונה ובעיתוי הנכון היא המפתח להצלחת המוצר בשוק. רק בדיקה לעורך זמן של כמה דורות של מוצרים תאפשר לעקוב אחרי השוק והשינויים שבו, החל מהאימוץ הראשוני של טכנולוגיה ועד להפיכתה לטכנולוגיה מקובלת ושגרתית בשוק.
2.רכיבים: בדיקת הסיכון הטמון בלוח הזמנים, בביצועים ובהספק של הרכיבים הדרושים להשלמת התכנוןְ תאפשר לבחון אם:
*הרכיבים הדרושים נמצאים על צומת תהליך חדש שעוד לא נבדק כראוי, מה שעלול לגרום לעיכובים בלוח הזמנים;
*היצרנית פרסמה נתוני אפיון עבור ה-I/O;
*יש ללוגיקת ליבת הסיליקון את הביצועים והיכולות לתמוך ביישום הנדרש;
*ה-I/O של הסיליקון תומך בביצועים הנדרשים;
*התכנון יתאים למעטפת ההספק הכולל הדרושה.
3.IP מצד שלישי (Third-party IP): הסיכון הנוגע ל-IP מצד שלישי מתייחס בעיקר ללוח הזמנים, ובין היתר לרמת הפיתוח של ה-IP (האם ה-IP עדיין בשלבי פיתוח?) וחדירתו לשוק (האם ה-IP כבר נפרס על-ידי לקוחות אחרים?).
4.פונקציונליות: במידה והתקן התפתח מספיק, המתכנן יוכל להבטיח את פונקציונליות התכנון לאורך זמן.
5.אקוסיסטמה: רמת הסיכון הטמון באקוסיסטמה תלויה בזמינות הרכיבים החיצוניים וציוד בדיקה. ככל שהרכיבים החיצוניים זמינים, שנערכה סימולציה או בדיקה של כל הרכיבים הדרושים בסביבה, ושקיים ציוד בדיקה שיאפשר ניפוי שגיאות מהחומרה, רמת הסיכון נמוכה יותר.
כיצד FPGAs מסייעים להתמודד עם האתגרים של יישום ציוד רשתות מתקדם?
פתרון א’ (פתרון מסורתי): XSBI ל-PHY חיצוני של 10Gb/s
כמה לקוחות יישמו את הפתרון של XSBI לשכבת PHY חיצונית של 10Gb/s. אפשרות זו מתמקדת בטכנולוגיה עם רמת הסיכון הנמוכה ביותר שהייתה זמינה בשנה האחרונה. יישום זה מתבסס על שני FPGAs מסוג Virtex-5 FXT FPGA של Xilinx ועשרה התקני 10Gb/s PHY חיצוניים מבוססי XSBI. ה-MAC (בקר גישת מדיה) מחולק לחצי לאורך שני FPGAs.
בפתרון המסורתי, רמת הסיכון בהיבטי TTM ואקוסיסטמה היא נמוכה ביותר. רמת הסיכון בהיבטי רכיבים, לוח זמנים, ביצועים ו-IP מצד שלישי נמוכה מאוד, ואילו רמת הסיכון בהיבט ההספק הוא מתון עד נמוך.
פתרון ב’: ממשק MLD ל-SERDES MUX
פתרון זה מומלץ עבור לקוחות המתכננים ציוד 100GbE. נעשה כאן שימוש בטכנולוגיה עם רמת הסיכון הנמוכה ביותר, בפלטפורמת ה-Virtex-5 TXT של Xilinx וב-Quad SERDES MUXes חיצוניים על מנת לאפשר לכווץ את התכנון משני FPGAs ועשרה PHYs חיצוניים ל-FPGA אחד ולשלושה Quad PHYs חיצוניים בלבד. שילוב זה מאפשר הקטנה משמעותית בעלויות ובהספק. יישום זה מתאים לפונקציות הלוגיקה ב-FPGA יחיד כיוון שפלטפורמת ה-Virtex-5 TXT של Xilinx מכילה עד ארבעים ושמונה ממשקים טוריים מסוג GTX.
בתצורה זו, רמת הסיכון בהיבטי TTM, רכיבים, לוח זמנים והספק הם נמוכים; רמת הסיכון בהיבטי ביצועים ו-IP מצד שלישי נמוכה מאד; ורמת הסיכון בהיבט של האקוסיסטמה נמוך ביותר.
מסקנות
פתרונות מתכנתים מבוססי FPGA מציעים נתיב של עלות נמוכה וסיכון נמוך בפיתוח של מגוון רחב של יישומים בשוק התקשורת הקווית. הביצועים של מארג ה-FPGA וה-I/O התפתחו ומסוגלים לתמוך היום גם ביישומי ה-100Gb/s המאתגרים ביותר. כמובילה בשוק ה-FPGA מסוגלת Xilinx לחזות את הדרישות של לקוחותיה ושל השוק, ואי לכך היא מתכננת סיליקון, תוכנה ו-FPGA IP שיאפשרו לה להציע את הפתרון הנכון בזמן הנכון וברמת הסיכון הנמוכה ביותר – מה שיאפשר את היתרון לגודל, הגמישות והעלייה באיכות השירות שיעזרו לתעשייה לעבור ל-100GbE.
