网络处理器炙手可热，可编程性渐成主流

作者：梅耀光

网络处理器的地位不管是在市场上还是在技术上都日渐巩固。根据In-Stat的统计结果，1999年的网络处理器市场规模还仅约1.28亿美元。而市场研究公司Dataquest 的调查显示2000年该产品的市场规模已增长到1.94亿美元。该公司预计今年的网络处理器总产值可能会增至3.39亿美元，到2003年更猛增到9.22亿美元。

网络处理器除了要满足局域网和广域网对带宽的需求增长以外，还要以线速对数据、语音以及视频信号进行排序和处理，以满足下一代因特网服务需求。老牌通信半导体供应商们一方面不断努力完善他们的产品系列，一方面也承认，网络处理器要满足独立应用的性能要求，可能还需要一段时间。

工业观察家称，虽然目前有十多家公司已经推出或者正在开发网络处理器，最成功的公司将是那些能够通过网络处理器产品线提供更多网络功能选择的公司。顶尖网络芯片供应商们正在设法获取专门技术，使其能够在网络处理器之外，进一步推出宿主CPU、交换结构、搜索引擎、以及支持接口芯片等。

在这十几家领先的网络处理器供应商中，没有两家的产品是完全一样的。“有些供应商更多地针对局域网或边缘配置(edge configuration)，另一些供应商则可能倾向于主干网或广域网。”Semico Research公司的分析师Bob Merritt说。定义网络处理器比定义储存器、PLD这样的半导体产品更加复杂。

Merritt补充说，由于网络处理芯片的结构体系仍有待改进，所以已经应用到整机设备中的产品还不是很多。他预计具备足够效率的应用系统将于今年年底面市。

并购成为解决性能局限的捷径

网络芯片供应商之间的一系列大手笔收购是该市场的最大特点，收购的价格有时高得令人瞠目结舌。

网络处理器制造商Maker通信公司1999财年的销售额约为1,500万美元，科胜讯在同年通过价值9.9亿美元的股票交易收购了这家公司。MMC网络公司在1999年度的利润为7,010万美元(并非全来自网络处理器)，该公司于去年十月份与Applied Micro Circuits 公司合并，交易总额达到45亿美元。另外，PMC-Sierra 公司最近花23亿美元收购了Quantum Effect Devices公司。

“半导体供应商已经认识到网络处理器芯片在整个通信设备市场上的重要性。”Current Analysis 公司的分析师Steve Byars说。

这些并购行动一方面反映了各企业间的竞争，一方面也显示出网络芯片设计的迅速演变。就在几年前，网络处理器的设计还严重依赖于由分立逻辑器件和ASSP器件所支持的通用RISC处理器。尽管设计者能够通过软件编程来采用新协议或导入附加功能，但是随着网络接口速率超过1 Gbps，RISC处理器的性能局限已成为应用的瓶颈。

为了应付不断增加的性能要求，设计师最近更多地转向采用ASIC来执行高速网络功能。随着系统级芯片技术的发展，设计师发现他们能够实现更高的速度和更高级的功能。但是ASIC开发费时、昂贵且风险较大，这与OEM所提出的缩短开发时间、加快上市速度的要求直接矛盾。

网络处理器的最新设计成果已可满足当前网络的性能要求，而通过软件的可编程性和灵活的设计，OEM还能够迅速地导入新标准和新功能，如质量服务(QoS)或多协议标签交换(MPLS)等。但这些目标能否真正实现仍然存在争议。

“当网络处理器的热潮开始兴起的时候，人们希望处理器可以实现第3层OC-48 (2.5-Gbps)级别以上的各种功能。”PMC-Sierra 公司的副总裁兼接入产品部总经理Glenn Bindley说，“目前我们离这一目标还相差甚远。”

PMC-Sierra对MIPS处理器制造商 Quantum Effect Devices的投资，反映出该公司十分看好MIPS结构的长远前景。Bindley 表示：“我们坚信，MIPS将成为通信基础网络的处理引擎。”

而PMC-Sierra对SwitchOn 网络公司的收购满足了该公司对特殊处理引擎的需求，使之可以提供更高级的服务。“最终运营商客户通过提供因特网带宽以外的增值服务来突出各自的特点。”Bindley说，“但为了做到这点，我们必须解决更高级别的堆栈。”

SwitchOn公司的高速分级和分组处理技术将有助于PMC-Sierra满足这一要求，Bindley表示：“这与今天的网络处理器功能非常匹配。”

PMC-Sierra并非是唯一一家采取并购策略的公司。在过去的一年里，Vitesse 半导体公司通过收购Orologic和SiTera两家公司，极大地丰富了他们的产品系列。

Vitesse通过收购Orologic公司得到流量管理技术，并将其用于从第2层到第7层的多业务ATM和IP交换处理。而通过对SiTera公司的收购，Vitesse扩展了产品从OC-192 (10 Gbps)到OC-3 (155 Mbps) 范围内的功能。同时该公司还增强了自身对智能边缘开关、路由器、ISP/ASO业务平台、以及核心光路由器等新型业务的整合和实现能力。

在某些情况下，这些收购行动所产生的影响已不再是增加产品系列那么简单。朗讯微电子公司去年收购了网络处理器制造商Agere，成立了新公司Agere Systems。新公司将把朗讯在Sonet和ATM等领域的成熟技术，同原Agere公司在可编程多协议网络领域的专门技术结合起来。

“我们的优势在于，Agere拥有曾经在摩托罗拉、英特尔、AMD和ARM等公司从事过处理器开发的工程师。他们不仅对微结构、高速设计和流水线技术有较深的理解，还拥有软件和协议处理等方面的丰富经验。”Agere Systems 总经理Ford Tamer说，“而另一方面，我们拥有一只从贝尔实验室出来的团队，他们具有超过20年的系统设计经验，对流量管理、结构以及时序安排有很深的理解。这两方面所具有的经验和技术能很好地互补。”

独树一帜的IBM

大型网络芯片公司对网络处理器后起之秀们所进行的并购令人大开眼界，这也表明它们自己并不具备这种技术，并且迫不及待地想尽快拥有。但IBM公司则是一个例外。

曾经推出PowerNP系列产品的IBM微电子部是网络处理芯片的顶尖供应商之一。最近该公司借助其丰富的IC设计技术，开发出一种基于PowerPC架构的IC新系列。该公司已经制定计划，准备开发可编程网络处理器芯片系列，以及一种速率为28.4-Gbps的独立于协议的分组路由交换芯片。

IBM在去年推出了一种“超结构(superstructure)”产品系列。该产品系列运用它们的SoC技术，在片上集成了PowerPC内核、IBM CoreConnect总线以及其它功能。在过去几年中，该公司还就网络处理器的使用同阿尔卡特微电子以及北电网络公司签署了协议。

大手笔的企业并购改变了网络处理器的市场格局，为刚起步的供应商们提供了成功的便捷途径，但他们仍然需要时间在市场上证明自己。

“与PC环境相比，他们还没有在真正的应用中得到验证。在PC环境中我们有模型并明确知道目标是什么。” Semico公司的Merritt补充说，网络产品的OEM设计周期都比较长，因此新推出的芯片应用在设备中则需要更长的时间。而在这段时间中一切可能已经改变了，设计周期不得不全部重新开始。

可编程能力渐成主流

当前市场上网络处理器产品之间的一个关键区别，就在于是否具备可编程性。大多数网络处理器直到最近还在采用低级语言编程去实现器件的最佳性能，但这在生产率方面要付出很大的代价。据估计，开发人员一般要花费多达80%的时间来调整5%的源代码以使性能达到最佳。

“问题在于，你是选择效果稍微好一点的低级别微码编程，还是采用许多设计者能够理解的高级语言编程？”C-Port 公司负责市场的副总裁Bob Gohn说。

C-Port公司于去年五月份被摩托罗拉收购，现在属于摩托罗拉网络及电脑系统分部。摩托罗拉准备利用C-Port的C-5数字通信处理器创建可扩充的产品系列，提供从边缘到核心的宽带网络处理解决方案。

C-Port声称，他们的C-5是首款能够使用C语言编程的处理器。该芯片采用BGA封装，有838只引脚，在片上集成了16只可编程通道处理器，可提供5-Gbps的带宽和3,000 mips的指令处理能力。每个通道处理器都带有基于MIPS公司指令集子集的32位内核。5只附加的片上协处理器支持表格查找、队列管理、存储管理以及处理器协调和结构定标等功能。

“片上协处理器使设计者无需为每种小功能而编写微码，像查找IP地址或对数据包进行排序这样的小功能可由协处理器完成。”Gohn说。

为了支持软件移植，C-5还增加了一个通讯应用编程接口。当底层硬件发生变更或需要升级时，软件可以从一个平台转换到另一个平台而只需最小的修改。“这使得OEM可以针对处理器编写代码，并可轻松地将代码从一个处理器重新定位到该产品系列中的另一个处理器。”Current Analysis的Byars说。

但C-5不再是唯一使用高级语言的处理器。“高级语言为开发者提供了极大的便利，使他们在将产品推向市场的速度方面具有优势。” Agere Systems的Tamer说。该公司在其Payload Plus芯片组中也加进了C语言编程功能。

“两年前可编程性还是我们的弱点。”MMC 网络公司 公司负责市场的副总裁Andy Gottlieb说，“现在我们的器件可以用C语言编写大部分的应用程序，而不需再使用汇编语言。”该公司最先提出了“网络处理器”概念，并向市场推出了首款产品。最近他们在其产品系列中增加了效率达到80%的C编译器。

MMC 网络公司产品系列中的最新型号是nP3400，这一型号是该公司的主流产品5400交换矩阵处理器和5500分组处理器的高集成低成本替代方案。这款处理器围绕双200-MHz RISC内核而设计，在片上集成了流水线分组处理、交换矩阵以及多以太网接口功能。

nP3400将网络处理和一小部分流量管理功能结合在一起，可以满足OEM对2 Gbps或更低速率的小型解决方案的设计要求，还允许用户将网络处理功能加到用ASIC设计的线路板上。“如果你不需要那么多的流量管理功能，那么采用这种既可进行网络处理又具有基本流量管理功能的芯片将是非常合适的。”Gottlieb说。

“与nP3400不同的是，MMC的大部分产品将网络处理功能和流量管理功能分开了。”他补充说，“这种方式允许我们实现更强大的流量管理和交换功能，使体系结构效率更高。这对构造速率大于2.5-Gbps的系统特别有用。”

消除不必要的复杂性

有些供应商认为，网络处理器编程模型的复杂性，给使用高级语言的产品开发带来严重障碍。但事实上，所有的网络处理器都在片上集成了多个处理器内核，只不过有些厂家将产品定位成单个的逻辑可编程模型，而其它供应商则将其产品定位为高度并行的多处理系统。

“如果你需要每端口一个处理器，如T1或T3应用，那么采用多处理器模型就非常简单。”MMC的Gottlieb说，“但如果你必须管理多个内核来支持OC-12，那么你只能使用非常复杂的可编程模型。”

网络处理器的低端产品市场发展很快，DSL等宽带接入技术的需求正在快速启动。英特尔公司就已经认识到这是一个值得重视的市场。该公司最近收购了从Cirrus Logic分离出来的Basis通讯公司，并推出两款应用于DSL的新产品IXP220和IXP225。

该产品在DSL设备中支持纯数据或数据加语音业务，主要应用于SOHO(小型办公/家庭办公)的客户端设备，一般连接15个以下的用户。英特尔公司高级市场经理Carolyn Carhart-Quezada表示：“针对目前许多设备只支持纯数据，而越来越多的用户需要语音接入功能，新产品推出了语音选项。”