Làm sao để cho các CPU đa lõi hoạt động trong thiết kế truyền thông nhúng

Với các mạng thông tin cồng kềnh, đa dạng, và không thể dự đoán trước, các giải pháp được sử dụng trên mạng đang phải làm việc quá sức. Một kiến trúc đa lõi không đồng nhất mới có thể là giải pháp cho vấn đề này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Làm sao để cho các CPU đa lõi hoạt động trong thiết kế truyền thông nhúng Làm sao để cho các CPU đa lõi hoạt động trong thiết kế truyền thông nhúngVới các mạng thông tin cồng kềnh, đa dạng, và không thể dự đoán trước, cácgiải pháp được sử dụng trên mạng đang phải làm việc quá sức. Một kiến trúcđa lõi không đồng nhất mới có thể là giải pháp cho vấn đề này.Khối lượng liên lạc trong cả hệ thống mạng doanh nghiệp và thông tin tănglên theo cấp số nhân, mở rộng từ 10 Gbps lên đến 40 Gbps và thậm chí cókhả năng tăng lên tới 100 Gbps trong tương lai gần. Phát triển nhanh chóngnày được kích thích bởi số lượng người dùng mạng nhiều hơn, các thiết bịvà đầu cuối (ví dụ như máy tính, máy chủ, điện thoại di động, điện thoại IPvà đầu giải mã/set-top box), các ứng dụng khác hình thành do hội tụ mạng(như VoIP, IPTV, P2P, Web 2.0) và nhu cầu băng thông lớn hơn bởi cácứng dụng trên.Các nhà sản xuất các thiết bị truyền thông cần phải xây dựng các sản phẩmhỗ trợ các ứng dụng và dịch vụ theo các yêu cầu cụ thể. Điều này liên quanđến sự hội tụ ngày hôm nay của nhu cầu về hiệu suất trong khả năng bảo mậttích hợp, nhận thức nội dung, tính linh hoạt và tính lập trình hóa để xử lýmột danh sách dài các ứng dụng tiến hóa hoặc phát triển theo những hướngkhác nhau.Thiết kế ứng dụng với nềntảng dữ liệu thông minhHệ thống mạng doanhnghiệp và mạng dữ liệu baogồm rất nhiều thiết bị hỗ trợvô số các tính năng mạng vàbảo mật như duyệt gói sâu(Deep Packet Inspection), đolường và thử nghiệm, dịchvụ bảo hiểm, phòng chốngxâm nhập, chống mất mát dữliệu, tường lửa, cân bằng tải,và nhiều dịch vụ khác.. Bấtkể chức năng cụ thể nàothực hiện những thiết bị này,chúng thường chia sẻ một số đặc điểm chung sau đây.Trước hết, các thiết bị trên chuyển tiếp lưu lượng dữ liệu qua mạng dựanhiều trên thông tin cơ bản của lớp 2 và lớp 3. Mục đích chính là chạy mộtứng dụng cơ sở dữ liệu sử dụng thông tin từ lớp 2 đến lớp 7 để xử lý, quyếtđịnh chuyển tiếp dựa trên nội dung hoặc phân tích và đánh giá chất lượngdòng tải. Có thể nói, những thiết bị này thực chất là các host cho các ứngdụng có thể tham gia đầy đủ vào quá trình chuyển tiếp gói. Các ứng dụngnày cần có khả năng tính toán với cường độ cao và thường được thiết kế trênkiến trúc x86. Do được triển khai trên dòng mạng, chúng cần phải không gâyra tác động tiêu cực thông qua mạng hoặc gây ra trễ.Để địa chỉ hóa nhiều điểm trong hệ thống mạng doanh nghiệp và mạngtruyền tải cho các ứng dụng dữ liệu nền tảng, các nhà sản xuất cung cấp khảnăng mở rộng sản phẩm để tối ưu hóa giá cả, hiệu suất, giao diện, mật độ sửdụng và độ tin cậy (xem hình 1). Những sản phẩm này bao gồm từ các thiếtbị có cấu hình cố định ở tầm thấp, khả năng cấu hình mang tính gia dụng ởtầm trung cho đến những kết cấu module ở tầm cao. Một mục tiêu kỹ thuậtchung là thường xuyên tăng hiệu suất trên các dòng sản phẩm. Việc pháttriển các dạng ứng dụng khác nhau trên từng thiết bị phần cứng có thể tránhđược bằng cách thực hiện một thiết kế đơn cho toàn bộ dòng sản phẩm.Thách thức kĩ thuật: Hiệu suất và Tri thứcĐể đạt được thiết kế với hiệu suất cao, các ứng dụng dữ liệu nền tảng thôngminh cân nhắc đến việc sử dụng kiến trúc CPU đa lõi sẽ phải đối mặt vớimột số thách thức kĩ thuật quan trọng, bao gồm:• Tốc độ dữ liệu cao (High Data Rates): Ứng dụng phải có khả năng hoạtđộng ở 10 Gbps tại hiện tại và tăng nhanh lên đến 40 Gbps và cao hơn thế.• Cơ sở luồng (Flow-based): Truyền thông ở những tốc độ xử lý phải đượcstateful so với gói theo định hướng, yêu cầu phần cứng để đạt được hàngtriệu luồng dữ liệu đồng thời.• Truyền thông không đồng nhất: Tốc độ gói cao từ hàng trăm luồng đồngthời sẽ tạo nên dữ liệu ghép kênh không đồng nhất, tác động tiêu cực đếncache, sử dụng bộ nhớ và sử dụng các thiết bị vào/ra ( I/O ) thông qua cácứng dụng trên CPU của host.• Tích hợp bảo mật: Hầu hết các mạng và các ứng dụng bảo mật yêu cầumột số hình thức xử lý an ninh. Đa số các yêu cầu tăng tốc trong truyềnthông là cho xử lý bảo mật, làm cho quá trình đồng xử lý bảo mật look-asiderất không hiệu quả. Việc xử lý bảo mật riêng biệt bây giờ phải được tích hợpchặt chẽ trong nền tảng dữ liệu để đáp ứng các yêu cầu về an toàn cho tất cảlưu lượng truy cập mà không giảm hiệu suất hoặc tăng độ trễ.• Độ trễ thấp: Các ứng dụng trực tiếp trên mạng cần phải không gây ra độtrễ đáng kể ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống trong thời gian thực. Tuynhiên, tốc độ dữ liệu cao từ mô hình giao thông không thống nhất có thể gâyra hiện tượng “đói” chu kì bộ xử lý của máy chủ lưu trữ và làm độ trễ tănglên.• DPI: Với các quyết định chuyển tiếp di chuyển ngoài các tiêu chí đơn giảncủa lớp 2 và 3, ứng dụng và nội dung đang sử dụng là cao nhất. Ở tốc độ dữliệu rất cao, DPI cũng tạo ra một lớp mới về khối lượng công việc, có thể xửlý thuế hiệu suất cao nhất-CPU mục đích chung. Mở rộng ra, các công cụbiểu thức chính quy thường được cần thiết.• Khả năng ảo hóa: ...