一种路由交换阵列节点芯片及其系统的设计与实现

计算机工程与科学

一种路由交换阵列节点芯片及其系统的设计与实现

秦济龙1，李庆华2，王恩东1，公维锋1，张峰1，牛赟3，乌力吉3，张向民3

（1.浪潮(北京)电子信息产业有限公司,北京 100085；

2.大唐移动通信设备有限公司,北京 100083;3.清华大学微电子所,北京 100081)

收稿日期:2016-08-01 修回日期:2016-10-18 出版日期:2016-12-25 发布日期:2016-12-25
基金资助:
核高基高速串行接口IP核开发及应用项目（2012ZX01034002002）；国家863计划（2013AA012402）

Design and implementation of a routing &

switching array node chip and its system

QIN Jilong1,LI Qinghua2,WANG Endong1,GONG Weifeng1,ZHANG Feng1,NIU Yun3,WU Liji3,ZHANG Xiangmin3

（1.Inspur (Beijing) Electronic Information Industry Co., Ltd,Beijing 100085；

2.DTmobile Inc,Beijing 100083;

3.Institute of Microelectronics,Tsinghua University,Beijing 100081,China）

Received:2016-08-01 Revised:2016-10-18 Online:2016-12-25 Published:2016-12-25

摘要/Abstract

摘要：

介绍一种面向大数据处理数据中心应用的计算/控制/网络存储的路由交换阵列节点芯片及其所组成的安全交换阵列原型机的设计与实现；该路由交换阵列系统通过因特网远程使用软件定义网络（SDN）方式对高速安全交换网络的内部路由控制和安全等模块进行集中编程控制，满足数据中心对数据传输带宽容量的需求；同时并行计算过程中消除网络传输瓶颈,避免了数据中心网络等资源的长期占用浪费，为下一代数据中心解决方案的形成打下基础。另外还简述了其在金融交易系统领域大数据应用尝试的研究近况。

关键词: 软件定义网络, 大数据, 交换, 实时配置, IP安全协议, 深度报文检测, 高频交易

Abstract:

We introduce an application in network computing/control/storage network, including a node controller chip of routing & switching array and a prototype design and implementation. The routing & switching array system uses software defined network (SDN) through the Internet to realize the integrated programming control on the inner routing control and security module of the high speed secure switching network, so as to meet the need of the data center for data transmission bandwidth capacity. Besides, we alleviate and eliminate the bottleneck of network transmission of the parallel computing process, thus avoiding the waste of longterm occupation of network data center resources and laying a foundation for the solutions of next generation data centers. In addition, we briefly introduce the current research situation of its application in the financial transaction system.

Key words: software defined network (SDN), big data, switch, runtime configuration, IP security protocol, DPI, high-frequency trading(HFT)

秦济龙1，李庆华2，王恩东1，公维锋1，张峰1，牛赟3，乌力吉3，张向民3. 一种路由交换阵列节点芯片及其系统的设计与实现[J]. 计算机工程与科学.

QIN Jilong1,LI Qinghua2,WANG Endong1,GONG Weifeng1,ZHANG Feng1,NIU Yun3,WU Liji3,ZHANG Xiangmin3.

Design and implementation of a routing &

switching array node chip and its system

[J]. Computer Engineering & Science.

参考文献［6］

［1］	Wang Xiaoping,Chen Lin, Shen Yi,et al.A novel circuit design for complementary resistive switchbased stateful logic operations［J］.
	Interdisciplinary Physics and Related Areas of Science and Technology,2016,25(5):058502.
［2］	Wu Yifei,Ren Zhigang,Feng Ying,et al.Analysis of fault arc in highspeed switch applied in hybrid circuit breaker［J］.Plasma Science and Technology,2016,18(3):299304.
［3］	Wu Liji,Ji Yingjie,Zhang Xiangmin,et al.Design of anti power attack AES algorithm engine for high speed network security co processor ［J］.Journal of Tsinghua University (Natural Science Edition),2009(S2):20972102.(in Chinese)
［4］	Niu Yun,Wu Liji,Zhang Xiangmin.Design and research of high speed online scalable network security processor SoC ［C］∥Proc of the 16th Annual Conference on Computer Engineering and Technology/The 2th Microprocessor Design Technology Forum, 2012:1.
［5］	Qin Jilong,Li Qinghua,Wang Endong,et al.Realization and design a cloud storage device of cloud safety［C］∥Proc of 2014 HPC China 2014 Conference,2014:913917.(in Chinese)
［6］	Li Qinghua,Qin Jilong,Ding Xu,et al.An onchip Interconnection QoS verification platform of processor of large data for architectural modeling analysis［C］∥Proc of ICYCSEE2015, 2015:439447.(in Chinese)
［7］	Santos A,Fernandes S,Antonello R,et al.Highperformance traffic workload architecture for testing DPI systems［C］∥Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2011),2011:15.
［8］	Aldridge I.Highfrequency trading:A practical guide to algorithmic strategies and trading systems［M］.New Jersey: Wi
	ley Press,2009.
［9］	Cao L,Yu P.Behavior computing: Modeling, analysis, mining and decision［M］. Berling:Springer, 2012.
	附中文参考文献：
［3］	乌力吉，季莹婕，张向民，等.用于高速网络安全协处理器的抗功耗攻击AES算法引擎设计［J］.清华大学学报(自然科学版),2009(S2):20972102.
［5］	秦济龙,李庆华,王恩东,等.一种安全云存储设备的设计与实现［C］∥2014全国高性能计算学术年会论文集,2014:913917.
［6］	牛赟，乌力吉，张向民.高速在线可扩展网络安全处理器SoC设计与研究［C］∥第十六届计算机工程与工艺年会暨第二届微处理器设计技术论坛，2012:1.

[1]	陈侨安1，李峰1，曹越1，龙明盛1,2. 基于运行数据分析的Spark任务参数优化[J]. J4, 20160101, 38(01): 11-19.
[2]	郭昆1，宋杰1，王洁萍2，朱志良1. NoSQL数据库间数据交换代价研究[J]. J4, 20160101, 38(01): 33-40.
[3]	黄晓鹏1，黄传河1，农黄武1，杨丹凤1，杨金羚2. SDN中的端到端时延[J]. J4, 20160101, 38(01): 67-72.
[4]	杨浩艺, 陈微, 姚泽欢, 谭郁松, 李非. 基于转录组学数据的抗真菌药物预测方法研究[J]. 计算机工程与科学, 2023, 45(02): 246-251.
[5]	苟平章, 马琳, 郭保永, 原晨. 基于软件定义网络的多约束QoS双路径路由优化方法[J]. 计算机工程与科学, 2023, 45(01): 46-56.
[6]	葛旭冉, 刘洋, 陈志广, 肖侬. 基于MPI的并行大数据集生成器[J]. 计算机工程与科学, 2022, 44(07): 1152-1161.
[7]	刘世缘, 李云春, 陈晨, 杨海龙. 面向大数据存储的主动与被动相结合的性能评测方法体系结构与实现[J]. 计算机工程与科学, 2022, 44(04): 584-593.
[8]	杨柏蔼, 赵山, 刘芳. 无服务器计算技术研究综述[J]. 计算机工程与科学, 2022, 44(04): 611-619.
[9]	吕高锋, 王玉鹏, 杨鎔嘉, 唐竹. 基于聚合的FlowRadar网络数据采集加速模型设计[J]. 计算机工程与科学, 2022, 44(02): 220-226.
[10]	张元鸣, 虞家睿, 陆佳炜, 高飞, 肖刚. 基于Spark Streaming的视频大数据并行处理方法[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(10): 1736-1743.
[11]	周静, 关玉蓉. 基于SDN的DWSN技术分析及性能优化研究[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(08): 1413-1421.
[12]	黄山, 房六一, 徐浩桐, 段晓东, . 面向容器环境的Flink的任务调度优化研究[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(07): 1173-1184.
[13]	刘亚波, 吴秋轩. 基于长短时记忆网络的电商大数据同一性标定[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(03): 407-415.
[14]	李波, 侯鹏, 牛力, 武浩, 丁洪伟. 基于软件定义网络的云边协同架构研究综述[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(02): 242-257.
[15]	李琼, 宋振龙, 袁远, 谢徐超. 一种基于NVMeoF存储池的分域共享并发存储架构[J]. 计算机工程与科学, 2020, 42(10高性能专刊): 1711-1719.