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Marvell:引领网络基础架构新范式,谋划未来芯片设计美好前景

文/李卫忠

Marvell成立于1995年,总部位于美国加州圣克拉拉市,目前在全球拥有4500多名员工,在美国、中国、以色列设有研发中心,技术专利超过9000项,核心业务聚焦于数据存储、网络基础架构,以及无线连接三大领域。

2017华为全联接大会期间,Marvell网络BU CTO Yaniv Kopelman先生介绍了全球主要市场的发展情况,以及Marvell对网络基础架构新范式的思考。

北美25GbE已成主流,中国市场正迅速跟进

Yaniv介绍,就数据中心来说,美国市场正在快速兴建超大规模数据中心,如Google, Amazon, Microsoft等大公司都迅速向更高网络速率发展,主流服务器在去年已经开始升级至25GbE,未来甚至将达到50GbE、100GbE。中国市场相对进展慢一些,目前的主流服务器还是1GbE至10GbE,有可能今年开始达到25GbE。目前,将2个25GbE或者4个25GbE组合在一起是行业定义的标准做法,遵循的标准是802.3ba,无论对于服务器端还是以太网端交换机都是标准化的。再过两年,50GbE、100GbE就会成为主流的需求。但是不要以为100G已经很大,未来数据中心的容量需求会越来越大。而企业网应用通常会比数据中心晚2-3年。

从整体解决方案来看,在美国有丰富的开源软件,如Microsoft的SONiC, Google的开放式API软件等;在中国,开放数据中心委员会( ODCC )已经成立并取得了一定的发展,但在开放API和软件管理工具层面还处在比较早期的阶段。Marvell认为未来中国的网络系统也会采用和美国类似的理念和相似的API。

从运营商层面来看,成本是非常关键的因素,中国市场对成本相对更敏感一些;美国市场的关注点则更多是在减少汇聚层面,为了实现更多的功能和更大的表项,可能需要成本更高的方案。

网络基础架构新范式的缘起

Yaniv指出,目前在客户端、边缘端、云端均发生着变革,新的挑战对网络基础架构也提出了新的要求。客户端方面,面临的技术与应用越来越复杂;云端方面:越来越多数据、应用开始移到云上;边缘端方面,边缘计算崛起,与云的交流也对安全提出更高的要求。

Marvell网络BU CTO Yaniv如数家珍般介绍Marvell创新解决方案

Marvell认为,网络基础架构的新范式,要对复杂的管理、低功耗电源、多变的接口、I/O的局限性、可编程、数据分析、高带宽等做出相应的响应。Yaniv如数家珍般介绍了Marvell的多种创新解决方案及对未来技术发展的思考。

在数据中心领域,Marvell主要推广的是机架接入(ToR)交换芯片机,如Prestera 98CX84XX和98EX54XX,向下提供48x10GbE或25GbE接口,向上6x40GbE或100GbE的接口。

在运营商市场,随着5G时代马上就要来临,在5G基站里面有很多运算单元,它要对空口信号进行运算,这些运算单元之间要通过以太网switch来联接起来,从最早的GE接口到现在的10GbE,目前很多大型客户都在采用Marvell的产品,现在主要推的是10GbE的交换机芯片98DX83xx系列。

在企业网市场,Marvell看到两个趋势,一是2.5GbE的运用越来越广泛,因为2.5GbE的标准可以利用即有的铜线,同时速率能够提升2.5倍,甚至可支持5G,这就要求有新的PHY——物理层的芯片以及SWITCH去支持,Marvell从PHY(如88DE2110/2180)至SWITCH(如Prestera 98DX325x)都有完整方案。另外,因为2.5GbE、5GbE的接入,现在25GbE的接口开始慢慢受到关注,很多传统的10G接口交换机如果要支持25G,就需要用到变速箱GearBOX(Alaska C 88X5113以太网收发器),Marvell的PHY可以将10GbE的接口扩展到25GbE的接口,这样去支持越来越多的25G需求。

另外一个重要的市场是嵌入式的CPU,Marvell提供基于ARM架构的SOC(如ARMADA 7K/8K/3K),主要用在网络层面,如交换机控制。还有一种面向client层面,主要做高性能的网关或是AP。

PIPE:为升级25G及更高接口而生的解决方案

针对中国数据中心市场在快速跟进中的升级选型策略,Yaniv介绍,Marvell提供了一套完善的解决方案——PIPE,它是一个端口的扩展器,能够有效的解决成本问题,同时还能够提供高速率接口,它是替代连接服务器的TOR交换机的有效方案。

据介绍,PIPE可以提供向下10GbE的接口,向上则可以提供25GbE,50GbE或4个25GbE——也就是100GbE的接口。使用PIPE,一方面可以进行端口的扩展,将新一代25G接口的交换机扇出更多10GbE接口,接入现在中国市场主流服务器的10G接口;另一方面,也可以做成一个无风扇的、低功耗的TOR机顶式的交换机,然后让它直接连到SPINE,即数据中心更加核心的交换机位置,以降低数据中心的复杂度,降低成本和功耗,同时提供各种丰富的接口。

目前,已有很多中国客户对于PIPE解决方案表现出浓厚的兴趣,并期待用于新的设计方案之中。

5G时代对电信运营商以太网的影响及Marvell的对策

Marvell在运营商网络基础设施方面也是重要的供应商之一,在基站内部的系统互联以及小型化基站连接方面积累了很多经验。

Yaniv介绍,从3G,4G再到5G, 移动网络为用户提供了越来越高的无线接入速度,同时,这也对基站系统内部各个模块网络互联的带宽要求越来越高。从过去的3G时代需要的GE/2.5G,4G时代需要的2.5GbE/10GbE,到未来5G时代需要的10GbE,25GbE甚至50GbE。Marvell的交换机芯片被广泛用于基站内的系统互联,目前,国内设备商提供的含有Marvell芯片的基站数量已经在1百万以上。

另外,传统上,从无线射频单元到基站处理单元通常才有厂商私有协议。目前,有一个新的方向,就是完全利用以太网进行纯IP化的传输,这种方式对于运营商的部署/施工以及实现基站云化均带来好处。Marvell也在积极参与,提供交换机和PHY产品。

物联网对网络、存储和无线连接的影响

Marvell目前的核心业务集中在网络、存储和无线连接。Yaniv指出,这三块领域都与物联网存在着密切的联系。

首先,物联网产生的各种数据需要网络进行传输,在接入层,11acwave2带来了2.5G bit/s速率的接入要求;在汇聚层,随着IP终端的增多,用户需要更大的表项去管理这些设备,这些都是Marvell新一代交换机所关注的。其次,云的发展产生出更多的数据,需要有更大容量的存储;第三,无线连接也是Marvell的核心业务。

USR联盟:谋划未来芯片设计之路

今年8月,Marvell推出了USR Alliance,旨在增加芯片设计的灵活性,同时降低成本。

Yaniv介绍,在制程工艺上,每制造一个新的芯片的成本越来越高,因此,Marvell提出了模块化设计的概念,即一个大的芯片可以包含多个模块,也就是Die(晶片),不同模块之间则通过总线进行连接。USR正是一种超短距连接的标准。

为了将模块之间的接口标准化,Marvell计划跟一些合作伙伴一起来为最终客户提供芯片,例如,某位客户希望在交换机上芯片提供某种加密功能,Marvell可以请擅长加密部分的合作伙伴完成加密模块,然后和Marvell芯片通过超短距接口USR连接起来,然后封装成一颗芯片。虽然这颗芯片内部有不同的die,但是对于最终客户来说看到是一颗完整的芯片。这样对于客户的好处是可以更加灵活地选择方案,而Marvell则可以更快速地为客户提供方案。

另外,USR可以解决单一厂商开发芯片的成本问题。例如,Marvell的交换机芯片里面有很多包处理器可以随着28nm,16nm或者7nm的工艺演进,然而像SerDes I/O,如万兆的SerDes,25G,50G以及未来的112GSerDes并不一定随着芯片工艺进行演进,就能带来较大效益的增长,所以需要选择合适制程的Serdes模块;同时,如果每次芯片都重头做起成本会很高,而如果通过组合不同模块来满足用户具体需求,就会使得芯片开发更加灵活,比如将接口SerDes做成一个Die,包处理器做成一个Die,把二个Die拼在一起,通过MCM封装,就可以做成一个芯片,而通过封装不同Die的组合,就可以得到处理性能或是接口不同的交换机芯片。

Yaniv指出,Marvell希望形成一个联盟,成员之间的芯片跟芯片接口做成标准的,我可以连你,你也可以连我,例如华为、中星、大唐等中国主要芯片厂商,只要遵循了这个标准的接口,专心做自己的数字核心部分就可以了;又如有的厂商比较擅长做硅光,就完全可以通过USR模块的形式和Marvell的包处理器连接,为用户提供一体的解决方案。所以,Marvell希望USR是一个开放的,成员都可以获益的联盟。

目前,Marvell推出的ARMDA8000系列64位4核的ARM处理器就是基于类似USR的方式所构成,它们是由三个Die组成的,包括了纯粹的ARM A72 Core和I/O接口。

挑战,对于创新者带来的是机会。作为世界领先的芯片厂商,Marvell正与全球合作伙伴,描绘着未来芯片设计与交付的美好前景。

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