1、网络处理器技术简介2003年 3月 11日李雪莹网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 报告内容 n 什么是网络处理器技术n 产生的技术背景n 技术原理n 应用领域n 产品现状n 未来之路网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 1. 什么是 NPUs技术网络处理器 （ Network Processor， 简称 NP） 是一种可以编程的设备（比较典型就是一种芯片）。它不仅仅指的是某一类的设备或产品，而更加广泛地代表了一种网络设计的技术理念。网络处理器的本质主要的优势 ： 优异的性价比 高度的灵活性网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络
2、安全组 2. 产生的技术背景网络设备的核心处理部件随着应用需求的变化大致经历了 3个阶段的发展过程： CPU ASIC（ Application Specific Integrated Circuit， 特定用途集成电路） 网络处理器网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 2. 产生的技术背景网 络处 理器与 CPU CPU具有一般化的体系 结 构和指令集，以求支持复 杂 的运算并容易添加新的功能。但 处 理速度一般相 对较 慢，可 扩 展性差，很 难满 足网 络 高速 发 展的需要。网 络处 理器专为进 行网 络 分 组处 理而开 发 ，具有 优 秀的体系 结 构和指令
3、集，因此它有比 CPU更好的 处 理性能，能 够满足网 络 高速 发 展的需求。网 络处 理器与 ASIC ASIC作 为 硬件集成 电 路，具有高速的 处 理能力。但 编 程能力有限，灵活性差。 仅 能支持有限的 应 用和服 务 ，很难满 足网 络业务 多 样 化的需求。研制周期 长 ，成本高，市 场 存活 时间 短。网 络处 理器有 专门 的指令集和配套的 软 件开 发 系 统 ，具有很 强 的编 程能力，方便开 发 各种 应 用，支持可 扩 展的服 务 ，能 够 很好 满 足网 络业务 多 样 化 发 展的 趋势 。研制周期短，成本低，市 场 存活 时间长 。但依 赖 于 软 件的运行，
4、因此， 处 理性能 较 ASIC相 对 差一些。网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 3. 技术原理3.1 基本结构网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 3. 技术原理 片内处理器 ：网络处理器内部包含多个片内处理器，构成多处理器系统。这些片内处理器按照功能可以分为核心和转发引擎两种。核心 ：用于系统管理维护和复杂的数据处理。转发引擎 ：提供的是快速的数据处理，提供分类调度等服务功能。它可能含有多个硬件线程，每个线程都有一套专门的硬件来存放程序运行的上下文，可获得线程切换的零开销。3.1 基本结构网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心
5、网络安全组 3. 技术原理 高速的 I/O接口单元 ：网络处理器有丰富的网络 I/O接口单元，包括物理链路接口、交换接口、存储器接口以及其他外部处理单元接口等。 内部高速总线 ：多组处理器和 I/O接口单元通过内部高速总线（一般为多总线结构）连接在一起，组成优化的数据通路结构，从而提供很强的硬件并行处理能力。 存储器 ：包含多种不同性能的存储结构，以适应不同的应用目的。例如 Flash用于存放硬件启动 /引导程序； SRAM存放路由表、队列结构等各种查询表格；SDRAM作为缓冲区存放分组数据。 3.1 基本结构 网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 . 技术原理 专用指
6、令集 ：片内转发引擎一般具有专用的精简指令集，这些指令经过针对网络数据处理的优化，例如数据读写，状态判断，堆栈操作，哈希查找等。 专用组件（协处理器） ：要求高速处理（线速）的通用功能模块可以用硬件来实现以提高性能。例如路由查找和数据加密等。3.1 基本结构 网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 3. 技术原理 可编程性 ：网络处理器的本质在于其可编程性，从而改变 ASIC灵活性差的缺点。这是通过提供界面友好而功能强大的编程、调试和性能评价等软件环境实现的。 并行处理 ：网络处理器能够实现不同级别的并行处理，通过流水线实现指令级的并行，通过硬件线程实现线程级的并行，通过片内处理器结构实现处理器级的并行。 高速数据处理 ：网络处理器需要具有线速处理能力，以避免设备成为瓶颈，它的硬件结构为此提供了保证。3.2 技术特点
