Observamos atualmente uma evolução das aplicações eletrônicas rumo a recursos que permitam sua conexão à Internet. No entanto, para atender a esse novo mercado, os componentes usados devem ter recursos de processamento avançado atrelados a um baixo consumo. Acompanhando as necessidades desse segmento do mercado, a Intel (www.intel.com) está apresentando uma linha de soluções especialmente projetada para atender às exigências dos projetistas que procuram soluções para um mercado tão especial como esse. Nesse artigo focalizamos a linha de processadores denominada Network Infrastructure Processors da Intel, ou Processadores de Infraestrutura de Rede, que empregam a Microarquitetura XScale, especialmente criada para as aplicações que envolvam processamento rápido e avançado além da conexão à Internet. (2006)
Cada vez mais desenvolvedores de novos produtos se preocupam com a exigência do mercado por equipamentos que sejam capazes de atender um novo tipo de consumidor.
Esse consumidor, das novas gerações de equipamentos eletrônicos, exige equipamentos que além de uma performance de processamento elevada para aplicações multimídia também sejam capazes de se integrar a sistemas de comunicações de alta velocidade.
Para a Intel, a melhor maneira de responder a esse desafio é através de plataformas modulares, que permitam ao provedor minimizar os seus custos operacionais e além disso obter um retorno favorável para seus investimentos. Essas plataformas seriam instalados nos equipamentos e com isso a transferência de dados de alta velocidade seria agilizada.
Como conseguir é o que veremos, mostrando a solução dada pela Intel, criando uma linha de processadores de infraestrutura de rede ou Network Infrastructure Processors, especialmente para os desenvolvedores desse tipo de produto.
O Tendência do Processamento Distribuído
Os produtos atuais e das próximas gerações tendem a uma maior velocidade, aumento da complexidade de protocolo além de uma maior capacidade de processamento.
Isso significa que os produtos atuais e futuros devem ser capazes de ter uma performance capaz de manusear a quantidade de dados maior dos menus oferecidos pelos serviços e isso numa velocidade compatível com essas aplicações.
Uma forma de se conseguir isso, é projetando o equipamento através de uma organização em plataformas modulares formadas por lâminas ou blades, permitindo assim que os provedores minimizem os seus custos operacionais.
Os processadores de infraestrutura de rede da Intel visam justamente ajudar na extensão de padrões baseados em processamento de alta performance em quatro áreas das plataformas:
No line card - Nesse cartão é onde ocorre a terminação e o processamento I/O. Os processadores de rede compartilham espaço no cartão com os processadores de controle de plano proporcionando assim uma implementação dos serviços de rede. O line card pode também conter um Processador de Sinal Digital (DSP) para suportar serviços IP multi-canal, incluindo voz.
Na Lâmina de Controle - O control blade ou lâmina de controle, também chamada "shelf controller" proporciona um gerenciamento centralizado do rack e fontes do sistema, incluindo a alocação da fonte, diagnóstico, e gerenciamento de defeitos.
Na lâmina de aplicativos e serviços - capacidades de aplicação e processamento em serviços de alto nível de redes estão sendo adicionadas às lâminas nos equipamentos montados em racks como uma alternativa para os servidores dedicados. Essas lâminas suportam aplicativos de segurança e gerenciamento de política e controle de tarifação que são alguns exemplos de aplicativos e serviços implementados.
Na lâmina de processamento de conteúdo - essa lâmina é necessária para processar áreas específicas de aplicativos como detecção de intrusão, nível de serviços e processamento de voz habilitado por um processador digital de sinais.
Enfim, em lugar de todos esses serviços estarem localizados no servidor, como tendência ao processamento distribuído, eles passam estar presentes nos aplicativos.
A figura 1 mostra a distribuição dessas lâminas numa plataforma de rede desse tipo.
Os processadores de infraestrutura de rede da Intel também são endereçados para as necessidades de terminações de rede sensíveis a custos e aplicações onde todos os componentes devem estar presentes num único cartão.
Processadores Intel de Infraestrutura de Rede
A Intel dispõe de uma família estendida de processadores de infraestrutura de rede que atendem à toda demanda nesse setor.
Na sua segunda geração, os processadores Intel IXA (Internet Exchange Architecture) atendem as necessidades desse mercado das aplicações que envolvem equipamento de comunicações indo das premissas do cliente (CPE), acesso, até a terminação e cerne da rede.
Por exemplo, os processadores de Plano de Controle IXC1100 são os primeiros a usar tecnologia XScale da Intel. Esses processadores usam uma microarquitetura que possibilita maior desempenho com menor consumo nesse tipo de aplicação.
Com a utilização desses processadores é possível colocar inteligência nas redes de modo a suportar a demanda de um menu mais rico e com isso a possibilidade de se oferecer mais serviços.
Microarquitetura XScale
Toda essa capacidade de processamento dos processadores de infraestrutura de rede da Intel, deve-se a microarquitetura XScale.
Essa microarquitetura, de ultra-baixo consumo, está de acordo com o set de instruções ARM, versão 5TE ISA (Exceto o set de instruções de ponto flutuante), o que é garantia de desempenho elevado para as aplicações a que esses produtos se destinam..
No chip, uma microarquitetura cerca o cerne com unidades de gerenciamento tanto de dados como de instruções, caches de dados e mini-dados, instruções, gravação, além de buffers para gerenciamento de consumo de energia, monitoramento de performance, debug, unidades JTAG, interface para coprocessador, caches de 32 k, MMUs, BTB, coprocessador MAC e finalmente um barramento para memória de cerne.
A microarquitetura XScale pode ser combinada com periféricos de modo a proporcionar aplicações em Applications Specific Standard Products (ASSP - Produtos Padronizados de Aplicação Específica) dirigidos a segmentos selecionados do mercado. Podemos citar como exemplo, um cerne RISC pode ser integrado com periféricos como controladores de LCS, controladores multi-mídia, e uma interface de memória externa para dar poderosos elementos para que OEMs desenvolvam dispositivos portáteis muito mais eficientes, com vida útil de bateria prolongada e performance muito mais rica principalmente para aplicações multimídia.
Outro exemplo é a possibilidade da microarquitetura ser cercada por interfaces PCI de banda larga, controladores e memórias e "microengines" para redes de modo a formar um processador I/O ou de rede de baixo consumo e altamente integrado.
Na figura 2 temos um diagrama de blocos em que mostramos a estrutura interna da microarquitettura dos componentes Intel Xscale.
Essa microarquitetuira utiliza o processo mais avançado de produção de semicondutores com tecnologia de 0,18 micron. Esse processo permite que o cerne do microprocessador opere numa ampla faixa de velocidades e consumos, levando a uma performance sem igual em termos de mW/MIPS quando comparados a qualquer outro disponível atualmente para aplicações semelhantes.
Na microarquitetura Intel é utilizada a versão 5TE ISA ARM de programação que pode manusear dados de 8, 16 e 32 bits, operando em um de sete modos diferentes de processamento: usuário, sistema, supervisor, abort, instrução indefinida, interrupção rápida e interrupção normal.
Nela estão disponíveis 16 registradores gerais de 32 bits (R0 a R15) onde R13 é o ponteiro (SP), R14 é o registro de link (LR) e R15 o contador de programa (PC). Ela também suplementa seus 16 registradores de uso geral com um registro de estados para o programa em execução (CPSR) com 20 registradores "sombra" dependentes
Os principais destaques dos produtos que possuem a microarquitetura XScale são:
* Tecnologia RISC Superpipelined RISC de 7-8 estágios.
* Gerenciamento de tensão e freqüência dinâmicos permitindo melhor uso da energia em função de performance desejada.
* Tecnologia Intel Media Processing que melhora a performance dos co-processadores.
* Gerenciamento de consumo que possui recursos de operação idel, sleep e despertar rápido.
* Cache de instruções de 32 kB
* Cache de dados de 32 kB
* Minicache de 2kB
* Gerenciamento de memória de instruções
* Gerenciamento de memória de dados
* Unidade de monitoramento de performance com contadores de eventos de 32 bits
* Unidade de debug
* Interface de coprocessador de 32 bits
* Barramento de cerne de memória com entrada e saída simultâneas de 32 bits e velocidade até 4,8 GBytes/s @ 600 MHz. de faixa passante para acessos internos.
* Buffer de gravação de 8 entradas.
Variedade de Processadores de Infraestrutura de Rede da Intel
A idéia da Intel, conforme mostra a figura 2 é fornecer uma linha de processadores que possam ser usados como blocos básicos contendo as principais funções exigidas em conectividade em escala industrial. Essa linha é formada basicamente pelos seguintes produtos;
a) Processadores de Rede IXP2XXX
Essa linha de produtos integra processamento paralelo de alta performance num único chip para algoritmos complexos, inspeção profunda de pacotes, gerenciamento de tráfego e encaminhamento em velocidade de rede. Sua arquitetura, do tipo armazena-e-encaminha, combina um cerne de alta performance Intel XScale com diversos microengines de 32 bits independentes.
A Intel expandiu a linha de produtos IXP2XXX com o processador de rede Intel IXP2850, que acrescenta recursos de criptografia para proporcionar aceleração de hardware para algoritmos DESm 3DES, AES e SHA-1 de modo a fornecer capacidades de encriptação IPSec e decriptação em velocidades até 10 Gbps.
b) Processadores de Rede IXP4XX
Os produtos escaláveis da linha IXP4XX proporcionam aos desenvolvedores uma ampla faixa de velocidades, níveis de interfaceamento e integração de modo a se obter alta performance, e melhor retorno de investimento.
Esses componentes suportam tecnologias múltiplas WAN e LAN de modo a proporcionar os benefícios de uma arquitetura comum com a performance de serviços ricos de software.
São duas as linhas de produtos IXP4XX:
* IXP42X - com velocidades de cernes de 266, 400 e 533 MHz, com 10/100 Etherent MACs, Controlador USB, Interface PCI de alta performance, Interface UTOPIA-2 e duas interfaces seriais de alta velocidade (HSS) e um recurso de segurança de hardware IPSec.
* A linha IXP46X inclui os mesmos destaques da linha IXP42X com uma velocidade adicional de cerne de 667 MHz além dos seguintes recursos:
- Interface DDR com suporte ECC de alta confiabilidade
- Hardware IEEE 1588 para sincronização de pacotes Ethernet
- Hospedeiro USB para conexão de periféricos
- Barramento de expansão para conexão de dispositivos externos, ASICs e chips comerciais.
- Interface I2C
Interface SSP para conexão de ADCs e DACs
c) Processadores PXA2XX
São processadores de alta integração fornecendo soluções ideais para equipamentos com pequeno fator de forma e que tanto exigem alta performance como baixo consumo, garantindo assim uma durabilidade longa para as baterias. Outros requisitos são a possibilidade de suportar interface gráfica e interface de usuário.
O processador PXA255, por exemplo, está disponível com velocidades de cerne de 200, 300 e 400 MHz, enquanto o PXA270 tem velocidades de cerne de 312, 416, 520 e 624 MHz.
O PXA255 inclui ainda um controlador LCD, interface para cartão MM/SD CompactFlash e capacidade de operar com USB 1.1.
Já, o PXA270 emprega a MMX Media Enhancement Technology e tem recursos de conectividade USB 1.1 host/OTG, além de uma interface para câmera e modos adicionais de baixa potência.
Na figura 4 o diagrama de blocos do PXA255
d) IXC1100
Um outro produto da linha de Processadores de Rede da Intel é o Processador de Plano de Controle IXC1100.
Esse é o primeiro processador que utiliza a tecnologia XScale com a arquitetura ARM v5TE e é especialmente destinado ao endereçamento do processamento do plano de controle de line cards em uma grande variedade de equipamento de comunicações e rede incluindo Radio Network Controllers (RNC) e os cards para Node Bs e Base Transceivers Stations (BTS).
Esse processador também otimiza a performance de outras aplicações , incluindo cards escaláveis de interfaces de linha para Multi-Service Access Platforms (MSPP) em metro area networks, equipamento Multi Service Switch (MSS).em extremos de rede e gateways VoIP.
Ferramentas e Suportes
A Intel e a Intel Communications Alliance proporciona aos desenvolvedores todos os recursos para a criação de aplicações que se baseia nessa linha de produtos, tais como informação técnica, suporte, garantia de vida útil e disponibilidade de produtos por pelo menos 5 anos, plataformas de referencia e avaliação, soluções de software e projetos modulares flexíveis.
Mais informações podem ser obtidas no site da Intel em www.intel.com.
