Jak jsme vyvinuli první 100Gb akcelerační kartu?

karta
Již více než deset let se v rámci Oddělení nástrojů pro správu a bezpečnost zabýváme vývojem hardwarově akcelerovaných karet pro vysokorychlostní sítě. Pod vedením Ing. Novotného jsme v roce 2005 vytvořili jednu z prvních 10 Gb akceleračních karet. Bylo logické, že s příchodem normy 100Gb Ethernetu a nasazováním 100Gb linek na páteřní spoje sítě CESNET2 se budeme snažit vytvořit akcelerační kartu i pro tyto rychlosti.

Aby výsledek naší snahy nezůstal jenom v akademické sféře, ale měl i širší komerční uplatnění, podali jsme spolu se společností INVEA-TECH v roce 2012 přihlášku TAČR projektu s názvem Distribuovaný systém pro komplexní monitorování vysokorychlostních sítí, zkráceně DMON100. I když projekt nebyl na základě jedné negativní recenze projektu přijat, byli jsme přesvědčení, že projekt má nemalý potenciál. Proto jsme podali projekt s mírnými úpravami do výzvy TAČR Alfa o rok později znovu a projekt byl přijat k řešení.

Samotné řešení projektu bylo poměrně komplikované. Bylo potřeba zajistit dostupnost FPGA čipů s podporou rychlých 25Gb transceiverů (Virtex-7 řada HT) a vyrobit desku plošných spojů (PCB). I když marketingové materiály výrobců FPGA čipů už přes rok naznačovaly existenci a dostupnost Virtex-7 řady HT, nebylo jednoduché čipy získat. Nakonec bylo nezbytné se spojit s výrobcem PCB, který měl přístup k prvním vzorkům těchto čipů. Na základě naší specifikace karty pak byl tento výrobce schopen kartu vyrobit a dodat. Jednalo se celosvětově o jednu z prvních 100Gb karet s podporou 100Gb rozhraní CFP2.

Jádrem vytvořené akcelerační karty je výkonné programovatelné hradlové pole (FPGA), pro které bylo nutné vytvořit firmware umožňující zpracování na rychlosti 100 Gb/s. Při přípravě firmware jsme využili naše dlouholeté zkušenosti a koncepty publikované na konferencích nebo chráněné mezinárodními patenty. Díky technologii bifurkace se nám podařilo vyřešit i problém rychlých přenosů přes sběrnici PCI Express. FPGA čipy nebyly připraveny na přenosy přes sběrnici na rychlosti 100 Gb/s. Řadu klíčových komponent firmware se podařilo vytvořit ještě před samotnou výrobou karty, což umožnilo relativně brzo po vyrobení prvních prototypů karet přijít s hotovým řešením pro práci se 100Gb provozem. V roce 2014 jsme tak měli na stole funkční akcelerační kartu, kterou jsme pak v navazujícím roce integrovali do komplexního systému pro monitorování vysokorychlostních sítí.

Karta měla celosvětově velký ohlas. Zatímco v té době na Ethernet Technology Summitu většina lidí o 100GE pouze povídala, my jsme měli už hotovou kartu, což samozřejmě všechny zaujalo a o kartě se psalo například i na EE Times. Největší výrobce FPGA čipů, firma Xilinx, začala prezentovat kartu jako vzorové řešení pro záchyt paketů na 100Gb. Začal se množit počet zájemců o využití karty.

Dnes je již půl roku po skončení projektu DMON100, a tak můžeme pomalu bilancovat. Projekt byl při závěrečné oponentuře hodnocen jako vynikající. Výsledky projektu jsou licencovány společnostmi Flowmon Networks a Netcope Technologies a sdružení CESNET má z licencí nezanedbatelný příjem. Výstupy projektu jsou velmi aktuální, akceptované širokou komunitou. Jsem opravdu rád, že máme ve sdružení tým, který je schopen takto unikátní technologii vytvořit.

Když se podívám na zaměření projektů TAČR alfa nebo dnes epsilon, přijdou mi oba typy projektů velmi sympatické, neboť dávají možnost vzniknout unikátním technologiím. Je jasný výsledek, projekty jsou relativně úzce zaměřené, takže opravdu něco vznikne. První 100Gb karta a projekt DMON100 je toho důkazem. Postupně se zlepšuje i kvalita recenzentů. Proto mi přijde velká škoda, že v roce 2016 bude pouze jediná výzva projektů TAČR epsilon a to ještě s velmi omezenými prostředky. Kéž by stát našel na podporu těchto projektů více peněz.

 

Jan Kořenek

 

Tweet about this on TwitterShare on FacebookShare on Google+Share on LinkedInEmail this to someonePrint this page