简单认识网络处理器

网络处理器（Network Processor， NP）或者网络处理器单元 (NP Unit,NPU）可以处理各种网络通信任务，包括数据包的处理、协议分析、路由查找、声音和数据的汇聚、当作互联网防火墙、保证服务质量 (Quality of Service，Q0S）等。NP 集成电路产品广泛应用于互联网路由器（Routers)、互联网交换机（Switches)、网络监控与防护等多种设备中。这些设备位于互联网交换点(Internet Exchange Point, IXP)，用于处理数据通信，故有时也将 NP 称作 IXP网络处理器。‍

由于网络数据处理的特殊需求，例如复杂的拥塞管理、队列调度、数据流分类和 QoS 功能，需要实现极高的查找和转发性能等，通常的 CPU（例如 ×86）处理能力明显不足而且还受到 PCI 总线速度的制约。而专门设计的 NP，并通过软件算法与硬件结合可以解决上述问题，并在应用中可以跟随防火墙功能的快速发展，具有灵活的可编程性，编程模式简单。NP 的特点和优势包括以下几个方面：多内核并行处理器对数据包处理能力的提升；专用硬件协处理器系统性能的提高；针对网络协议的处理特点而优化的专用精简指令集；分级存储器结构可以适应不同的应用场景；丰富的高速I/O 接口提供很强的硬件并行处理能力；多个NP 互联的网络处理器簇的可扩展性，从而可支持大型、高速的网络处理任务。

使用比较广泛的 NP 是Intel 公司的IXP 系列产品。Intel 于 2011 年将IXP2800 授权给 Netronome 公司开发。Netronome 公司根据 ×86 架构设计的网络处理器 Agilio LX SmartNIC 产品，以及Juniper Networks 公司设计的路由器和网络交换机等，可以提供 10Gbit/s、40Gbit/s、100Gbit/s 的数据速率。Broadcom 公司的网络交换机芯片 “战斧（Tomhawk）”可以控制32x100Gbit/s 的数据速率。Marvell 公司的网络交换机产品 Prestera 系列可以支持 1.2Tbit/s 数据包等。Nokia公司于2015年收购了 Alcatel-Lucent，其7450 ESS 系统提供 10Gbit/s、40Gbit/s、100Gbit/s 的数据速率，交换机总能力为 2~4Tbit/s。‍‍‍‍

根据云数据中心（Data Center）的数据吞吐量（Throughput）要求，当代NP设计需要具有软件定义网络 ( Software Defined Networking, SDN)，即计算机网络功能。Cisco 公司的 Nexux 9500 网络交换平台可以构建多种组合网络网口，包括 512x 100Gbit/s 的网口，该平台的背板带宽(BackPlane Bandwidth)达到172.8Tbit/s。华为公司的 CE12800 系列交换机的背板带宽达到 178Tbit/s。EZchip公司（2016年被 Mellanox 公司收购）的Indigo NPS 产品系列可以支持开放式系统互联（Open System Interconnect， OSI)的7层技术协议。EZchip改用ARMv8架构，用 100 颗 A53众核（ Many Cores)在28nm 工艺上制造，实现200Gbit/s 的数据速率。‍‍‍

网络处理器芯片类型包括开关芯片、控制芯片等。与通用处理器 (CPU/MPU等）相比，NP 通常要求高性能、高数据速率、结合软件技术、提供加密处理和云数据服务等，其研发周期长，架构设计复杂。

审核编辑：汤梓红