高级交换互连技术将使背板设计更容易

通信系统可以把高级交换互连(ASI)技术当作一把多用途的“瑞士军刀”来使用:它既可以充当芯片级链接,又可以充当板级链接,并能同时处理控制面和数据面的通信流。ASI能代替各种标准或专有的技术,以简化背板设计,增强不同供应商线卡之间的互操作性,实现背板级服务质量(QoS)功能并增强系统的可扩展性。

近几年来,通信系统架构的发展主要受速度需求的驱动,其中线卡设计常常是领头羊。业界已经出现许多芯片至芯片的互连标准,如用于网络处理器(NPU)到成帧器连接的SPI-4和用于NPU到结构(fabric)连接的公共交换接口(CSIX)。CSIX可以链接高速成帧器、媒体存取控制器(MAC)、NPU、流量管理器和其它芯片。

但业界还没有针对背板互连的固定标准。

不同的交换结构芯片组供应商已经开发出大量专有的板级协议。这些运行在2.5 Gbps或3.125 Gbps的专用物理连接本质上是固定功能实现方案,被设计用于快速传递数据,但限制了总的灵活性。

这些专有背板方案意味着系统配置被局限在那些支持特定物理协议的线卡或特定功能的线卡。此外,这些背板技术通常不能处理线卡CPU与系统级CPU之间的控制面通信。其结果是,大多数设计师为背板的控制面功能选择更高级的以太网协议。

与此相反,基于串行PCI Express互连的ASI为开发者提供了一个基础,可以实现多点、对等交换互连链接,并能同时处理数据面和控制面通信。所以,ASI克服了专有方案只适用于数据流的局限性,并允许更高效的系统级控制,从而免除了采用以太网的开销。

降低功耗

省去多余的以太网控制面及其相关的驱动器也降低了线卡和控制卡的功率需求,从而允许在严格的系统级功耗约束下集成更多的功能。另外,减少背板走线的总数量能降低信号串扰的风险,并减小由系统产生的电磁干扰噪声。

每块线卡可以包括一个本地的ASI交换元件,该元件包含到板上成帧器、MAC、NPU和CPU以及其它器件(如专用流量管理器或数据加密引擎等)的连接。然后,用于数据和控制的外部接口可以通过同一个ASI通信链接来实现,从而减少元件数目、板上电路的复杂度和所需背板走线的数量。HSPACE=12 ALT="图1:(A):AS标准可以处理数据面和控制面的芯片级和板级链接。(B):QoS与流量类型无关的特性允许控制流、数据流和多点传送流分别通过BVC、OVC或MVC来路由。">

ASI使用与PCI Express标准相同的物理链接层和数据链接层,以利用PCI产业环境的优势。此外,它还增加了特定的增强功能,以支持面向高速通信的数据流。

随着越来越多的线卡设计师首先集成PCI Express接口,然后又为他们的产品添加ASI功能,这将降低和消除目前的互操作性障碍。网络管理者不再只能从支持特定专有背板互连的线卡、控制卡和特殊功能模块中选择。相反,通过混合选用来自不同供应商的最好的卡,他们可以更灵活地配置系统,以满足额外的要求。进一步地,这将有助于降低总成本,因为卡供应商不必支持面向不同背板的多个设计。

从PCI Express那里借用的ASI物理层允许板上数据链接被扩展到更高的带宽,超过现有芯片至芯片接口,如SPI-4、网络处理器流接口或CSIX所能达到的水平。例如,在更高的数据率下,为了维持信号时序关系,SPI-4接口可能需要复杂且昂贵的动态相位调整。

与之相反,无需动态相位调整,只需简单地增加额外通道,ASI使用的PCI Express物理层就能在整个长背板走线上提供更高的数据率。

配置的灵活性

或许更重要的是,ASI还开启了一个新的时代,即允许芯片到芯片、板到板、板级通信、甚至短程机柜内通信都采用相同的互连技术。这为每个层次都提供了显著的设计和配置灵活性。板级设计师将不再被在单个板内管理高速走线的局限性所约束,而可以更容易地选择将功能分割到适当的中层板上。

为了实现稳定不变的性能目标,通信系统需要确保数据流和控制功能具有可预测的延迟时间。ASI提供了一种高度灵活的“虚拟通道”机制,可以隔离和控制经过ASI 交换结构的不同通信流。采用这种方法,ASI提供了今天专有交换结构所具有的QoS功能的超集。

控制流可以通过旁路虚拟信道(BVC)来路由,而数据流可以通过规则的虚拟信道(OVC)或多点传送虚拟信道(MVC)来路由。通过设置多个流量级别或者在每种信道类型内划分子信道,这可以获得额外的灵活性。在每一个结构阶段,不同的通信流使用严格的优先权、循环调度或加权循环调度机制被安排到下一阶段。

循环调度机制

为了QoS的目的,系统可以在结构端点指定流量类别,以区分通信流。例如,在一个典型的通信系统中可能有一个BVC用于控制流,多个OVC 或MVC用于数据流；每种流都有隔离的虚拟信道队列。利用ASI头中的流量类别,所有包被通过结构转发,而且在每一个结构阶段,类别与虚拟信道之间将发生映射。

专用VC和时序安排选项的组合允许ASI交换结构自动管理通过结构的各种流,并提供这样的功能:例如针对任何给定的流量类别,保证最大的延迟时间或最小的带宽。

作者:Gary Lee

交换结构行销总监

Vitesse 半导体公司