STC104 - STC104

В Переключатель STC104, также известный как Переключатель C104 на ранних этапах это асинхронный маршрутизация пакетов чип, который был разработан для построения высокопроизводительных компьютерных сетей связи точка-точка. Он был разработан ИНМОС в 1990-х годах и был первым примером микросхемы маршрутизации производственных пакетов общего назначения. Это также был первый чип маршрутизации, в котором реализовали маршрутизация червоточины, чтобы отделить размер пакета от протокола управления потоком и реализовать интервальную и двухфазную рандомизированную маршрутизацию.[1][2]

STC104 имеет 32 двунаправленных канала связи, называемых DS-Links, каждый из которых работает со скоростью 100 Мбит / с. Эти ссылки связаны неблокирующим перекладина что позволяет одновременно передавать пакеты между всеми входными и выходными каналами.

Переключение

STC104 использует переключение червоточины для уменьшения задержки и требований к буферизации каналов. Коммутация червоточины работает путем разделения пакетов на блоки фиксированного размера (называемые порхает) для передачи, что позволяет передавать пакет по конвейеру в сети. Первый переход заголовка открывает маршрут (или схема ) через каждый коммутатор в сети, позволяя последующим миганиям не испытывать задержки переключения. Последний флит закрывает маршрут.[3]

Поскольку переход заголовка может происходить независимо от последующих переходов, задержка пакета не зависит от его размера. Следовательно, объем буферизации, обеспечиваемой ссылками, также может быть выбран независимо от размера пакета. Кроме того, общие требования к буферизации невелики, поскольку обычно для каждого канала необходимо сохранять лишь небольшое количество флотов. Это в отличие от переключение с промежуточным хранением, где весь пакет должен буферизоваться в каждой конечной точке канала.

Маршрутизация

Сообщения маршрутизируются в сетях C104 с использованием интервальной маршрутизации.[4] В сети, где каждый пункт назначения имеет уникальный номер, интервальная маршрутизация связывает неперекрывающиеся непрерывные диапазоны пунктов назначения с каждым выходным каналом. Выходная ссылка для пакета выбирается путем сравнения пункта назначения (содержащегося в заголовке пакета) с каждым интервалом и выбора того, который содержит пункт назначения.[5] Преимущества интервальной маршрутизации заключаются в том, что ее достаточно для обеспечения детерминированной маршрутизации для ряда сетевых топологий и что ее можно просто реализовать с помощью поиска на основе таблиц, что позволяет принимать решения о маршрутизации с малой задержкой. Интервальная маршрутизация может использоваться для реализации эффективных стратегий маршрутизации для многих классов обычной сетевой топологии.[6]

В некоторых сетях несколько каналов будут подключаться к одной и той же конечной точке STC104 или процессору или к набору эквивалентных устройств. В этом случае STC104 обеспечивает механизм для сгруппированная адаптивная маршрутизация, где пакеты ссылок могут иметь один и тот же интервал, а ссылка выбирается адаптивно из пакета в зависимости от ее доступности.[7] Этот механизм позволяет эффективно использовать доступную пропускную способность канала, гарантируя, что пакет не ожидает канала, пока доступен другой эквивалентный.

Дополнительная возможность интервальной маршрутизации состоит в разделении сети на независимые подсети. Это можно использовать для предотвращения тупиковой ситуации или для разделения высокоприоритетного трафика для перемещения без конфликтов.

Удаление заголовка

Для поддержки маршрутизации в иерархических сетях, таких как многоступенчатая бабочка или Clos В сетях STC104 обеспечивает механизм удаления заголовка. Каждый выходной канал, который подключен к следующему уровню иерархии, может быть запрограммирован так, чтобы отбрасывать заголовок, чтобы пакет впоследствии маршрутизировался новым заголовком пакета, который непосредственно предшествует удаленному.[8]

Удаление заголовка также можно использовать для реализации двухфазной рандомизированной маршрутизации. Двухэтапная рандомизированная маршрутизация - это метод предотвращения сетевых конфликтов, который работает путем маршрутизации пакетов к случайно выбранному промежуточному узлу перед их маршрутизацией к месту назначения.[9] В результате весь трафик сокращается до среднего наихудшего случая с предсказуемой задержкой и пропускной способностью. Двухфазная рандомизированная маршрутизация реализуется в STC104 путем установки каналов, по которым трафик входит в сеть, чтобы добавить заголовок со случайным пунктом назначения. Пункт назначения - это другое устройство STC104, которое распознает заголовок и отбрасывает его, прежде чем направить его в его фактическое место назначения.

Поскольку случайная маршрутизация сообщений через промежуточный пункт назначения может создавать циклические зависимости между разными пакетами, тупик может случиться. Однако тупиковой ситуации можно избежать, разделив сеть на два компонента: один для фазы рандомизации, а другой - для фазы назначения.[10]

Сетевые топологии

STC104 может использоваться для построения различных сетевых топологий, включая многомерные. сетки и тори, гиперкубы и Clos Networks (и тесно связанные Жирное дерево ).[11]

Ссылки DS

Ссылки STC104 называются DS-Links. Одиночный DS-Link - это однонаправленное асинхронное соединение с управляемым потоком, которое работает последовательно с пропускной способностью до 100 Мбит / с.[12]

Физически DS-Link реализуется с помощью двух проводов: провод данных, по которому передается сигнал, и стробоскоп, который изменяется только тогда, когда данные не поступают. Строб-сигнал позволяет приемнику восстанавливать часы передатчика, а приемник синхронизировать с ними. Это позволяет передатчику и приемнику поддерживать свои собственные часы с потенциально изменяющейся частотой и фазой.

DS-Link реализует передачу данных по проводам с использованием протокола токенов. Маркер может нести один байт данных или управляющее сообщение, такое как управление потоком, конец пакета, конец сообщения. Один бит различает тип токена и дополнительный паритет используется для обнаружения ошибок. Таким образом, байт кодируется в 10 битах, а маркер управления - в 4 битах.

Каждый DS-канал имеет буфер, достаточно большой для хранения восьми токенов. Чтобы предотвратить получение токенов, когда буфер заполнен, уровень токена управление потоком механизм используется. Этот механизм автоматически отправляет управляющие токены отправителю, когда в буфере есть место.

Микроархитектура

STC104 можно отнести к категории специального назначения. MIMD процессор с распределенным управлением.[1] Основные компоненты 32 фрагменты ссылок которые связаны с кроссбаром, и логикой для глобальных сервисов, таких как инициализация и сброс. Каждый срез канала обеспечивает один вход и выход с парой DS-Links и дополнительную логику для реализации функций маршрутизации и обеспечения буферизации. Срезы каналов работают одновременно и независимо, их состояние определяется только их параметрами конфигурации и данными, проходящими через них.

Физическая реализация

STC104 был разработан и изготовлен по технологии CMOS 1,0 микрон (SGS-Thomson HCMOS4) с тремя металлическими слоями для трассировки. Чип имел площадь примерно 204,6 мм.2, имел 1,875 миллиона транзисторов и рассеивал до 5 Вт мощности, работая на частоте 50 МГц.[1]

Примечания

  1. ^ а б c Томпсон 1994.
  2. ^ Май 1993 г..
  3. ^ Май 1993 г., Глава 3.
  4. ^ Ван Леувен 1987.
  5. ^ Май 1993 г., Раздел 3.6.3.
  6. ^ Джонс 1997, Раздел 3.4.
  7. ^ Май 1993 г., Раздел 3.6.5.
  8. ^ Май 1993 г., Раздел 3.6.2.
  9. ^ Доблестный 1982.
  10. ^ Май 1993 г., 1.6.1.
  11. ^ Джонс 1997.
  12. ^ Май 1993 г., Глава 3, Глава 4.

Рекомендации

  • Thompson, P .; Льюис, Дж. (1994). "Чип маршрутизации пакетов STC104". Дизайн СБИС. 2 (4): 305–314. Дои:10.1155/1995/92096.
  • May, M.D .; Thompson, P.W .; Welch, P. h., Eds. (1993). Сети, маршрутизаторы и транспьютеры: функции, производительность и приложения. ИНМОС Лимитед. IOS Press.
  • Jones, N.J .; Дэвис, М. А .; Райт, К. Дж. (1997). Справочник проектировщика сетей. IOS Press.
  • Асинхронный пакетный коммутатор INMOS STC104 Технические данные (Технический отчет). SGS-Thompson Microelectronics. Июнь 1996 г.
  • Ван Леувен, Ян; Тан, Ричард Б. (1987). «Интервальная маршрутизация». Компьютерный журнал. 30 (4): 298–307. Дои:10.1093 / comjnl / 30.4.298.
  • Валиант, Лесли Г. (1982). «Схема быстрой параллельной связи». SIAM Журнал по вычислениям. 11 (2): 350–361. Дои:10.1137/0211027.

Смотрите также

внешняя ссылка