Плохое настроение? Почитайте пресс-релизы про новые микросхемы. Новости о впечатляющих возможностях интегральных схем специального назначения (ASIC) наверняка вас воодушевят. Однако, если быстро просмотреть недавние анонсы от Cisco, Nokia и других производителей, можно заметить, что нигде не упоминается одно слово: компромисс. Это странно, потому что, как правило, архитектура качественной микросхемы оптимизируется для реализации определенных преимуществ для заказчиков — иногда за счет отказа от каких-то других преимуществ. Если поставщики не рассказывают о том, что именно они оптимизировали в архитектуре микросхемы, значит, они что-то не договаривают.
Стратегия Juniper Networks не предполагает оптимизацию какого-либо аспекта работы сети за счет ухудшения другого аспекта. Именно поэтому в компании Juniper уже несколько лет реализуется стратегия использования нескольких наборов микросхем, чтобы можно было предложить платформы с разными микросхемами, оптимизированными для выполнения разных сетевых функций. В рамках этой стратегии мы анонсируем выпуск новейшего поколения микросхем ASIC — Juniper Trio и Express. В условиях постоянного усложнения сетей, возможно, следует придерживаться идеи, которая уже более десяти лет пользуется успехом у заказчиков: сеть работает лучше всего, если для каждой задачи используется оптимальный инструмент.
Говоря о сетевых микросхемах, нужно понимать, что любая архитектура — это компромисс между логическим масштабированием и пропускной способностью. Увеличение логической масштабируемости одновременно по нескольким направлениям требует ответного увеличения объема памяти, но чтобы нарастить память для поддержки пропускной способности в несколько десятков терабит в секунду требуется оптимизация. Другими словами, можно разработать либо очень гибкую универсальную микросхему ASIC с высокой логической масштабируемостью для выполнения широкого спектра сложных задач, либо микросхему для обеспечения высочайшей пропускной способности. Реализовать все эти возможности в одной архитектуре не получится.
Диверсификация приводит к специализации
За последние двадцать лет сети значительно эволюционировали, чтобы поддерживать разнообразные и сложные цифровые сервисы, а операторы связи всё больше отдают предпочтение специализированным микросхемам для специфических задач. В общем и целом, оптимизация сетевых микросхем ASIC может выполняться по одному из двух направлений.
- Гибкое логическое масштабирование. Для высокодинамичных граничных мультисервисных узлов, обеспечивающих широкополосный доступ для потребителей (BNG), а также для корпоративных виртуальных частных сетей (VPN) самыми важными требованиями являются высокая логическая масштабируемость и гибкость. Платформы на границе сети должны поддерживать сложные функции для каждого сервиса и сценария использования, например очень большие таблицы маршрутизации и переадресации, гибкую инкапсуляцию туннелей, разные уровни качества обслуживания (QoS), фильтры безопасности межсетевых экранов и счетчики трафика для каждого сервиса с учетом того же высокого логического масштаба. Для всего этого требуется большой объем памяти, чтобы выполнять сложный, быстрый и масштабный поиск по базам данных. При этом всё больше операторов используют машинное обучение для более быстрой корреляции и идентификации сложных проблем, чтобы обеспечить бесперебойную работу сети и улучшить клиентский опыт. Для эффективной обработки данных средствами машинного обучения на мультисервисной границе требуются совершенно разные возможности.
- Высокая пропускная способность. В других областях сети, например на узлах переадресации для агрегации транспортных каналов и в ядре, сценарий меняется. Узлы ядра не должны обслуживать то же многообразие сетевых функций, так как они не работают напрямую с логическими абонентами или VPN. Однако им приходится обрабатывать огромный объем трафика, чтобы соответствовать высоким требованиям к пропускной способности. В результате узлы ядра необходимо оптимизировать для повышения скорости передачи данных и производительности переадресации с учетом необходимых характеристик конвейерной обработки и памяти для таких известных операций, как пропускная способность, фильтрация, телеметрия и выборка.
Итак, архитектура микросхем представляет собой уравнение с несколькими переменными, причем логическая масштабируемость и пропускная способность — это диаметрально противоположные переменные. Исходя из имеющегося размера кристаллов и бюджета мощности, можно оптимизировать либо показатели пропускной способности, либо логической масштабируемости. Первый аспект невозможно улучшить без ущерба для второго.
В таком контексте очень странно, что поставщики не рассказывают об оптимизации. Оптимизация сетевых микросхем очень желательна, чтобы у заказчиков была возможность использовать разные платформы, оптимизированные для нужд конкретных доменов, у которых могут быть разные требования к пропускной способности и масштабированию сервисов. Без оптимизации для различных функций различных областей сети невозможно реализовать сети, ориентированные на пользовательский опыт.
Новейшее поколение набора микросхем Juniper учитывает выбор заказчиков
Уже многие годы стратегия Juniper в сфере микросхем заключается в предоставлении нашим заказчикам оптимального инструмента — возможности выбрать подходящие микросхемы ASIC для выполнения разных сетевых задач. Компания Juniper приняла это решение сразу после выпуска первого набора микросхем Trio для маршрутизаторов Juniper серии MX в 2009 году. Будучи первым в отрасли полностью программируемым набором сетевых микросхем ASIC, микросхемы Trio оказались революционным решением для мультисервисной границы. Однако очень быстро стало понятно, что один тип микросхем не может эффективно справляться с разными сценариями использования в сети заказчиков. Поэтому в 2012 году компания Juniper выпустила линейку микросхем ASIC Express для платформ серии PTX, разработанных специально для пиринга и приложений в ядре сети, требующих высокой пропускной способности.
Сеть и микросхемы ASIC значительно усовершенствовались с тех пор, но выводы, сделанные на ранних этапах, справедливы до сих пор: чем шире выбор, тем лучше. Сеть работает эффективнее при использовании микросхем ASIC, оптимизированных для различных задач. Мы продолжаем следовать этому принципу и разработали новейшее поколение наборов микросхем Juniper:
- Juniper Trio 6 для уверенности в завтрашнем дне. Благодаря новым микросхемам компания Juniper предлагает портфель решений для мультисервисной границы с самой высокой в отрасли производительностью и единственный набор сетевых микросхем, специально разработанный для оптимизации мультисервисных устройств.
- Шестое поколение микросхем Trio для маршрутизаторов серии MX максимально повышает логическую масштабируемость и программируемость для самых сложных и динамичных граничных сервисных узлов.
- Решение оснащено линейной платой 9,6 Тбит для семейства продуктов MX 10000.
- Микросхемы Trio-6 с возможностями машинного обучения обеспечивают встроенную поддержку IPSec и интегрированную поддержку MACsec на уровне пропускной способности канала.
- При изготовлении Trio 6 используется технологический процесс 7 нм, что повышает энергоэффективность на 70% по сравнению с микросхемами предыдущего поколения.
- Это уникальная современная микросхема, достаточно гибкая для поддержки широкого спектра сценариев использования сегодня и в будущем.
- В отличие от некоторых недавно анонсированных микросхем ASIC, которые выйдут на рынок не раньше чем через несколько месяцев, микросхемы Trio 6 уже доступны для использования.
- Juniper Express 5. Микросхемы Juniper Express 5 обеспечивают самую высокую в отрасли неблокирующую пропускную способность 28,8 терабит в едином пакете, в то время как недавно анонсированные микросхемы Cisco P100 обеспечивают пропускную способность 19,2 Тбит/с, что на 33% ниже, чем у Juniper Express 5. Express 5 — оптимальная микросхема для платформ серии PTX10K и сценариев применения с высокими требованиями к пропускной способности. Производство Express 5 началось в 2021 году, и скоро эти микросхемы будут доступны в готовых продуктах.
- Пропускная способность 28,8 терабит в Express 5 обеспечивается плотностью портов 36*800G с низким энергопотреблением в фиксированной конфигурации.
- Благодаря техпроцессу 7 нм эти микросхемы на 45% более энергоэффективны по сравнению с предыдущими поколениями.
- По результатам тестирования EANTC, проведенного для текущего поколения платформ PTX, эти микросхемы продемонстрировали самые высокие ключевые показатели производительности.
Вместе эти новые наборы микросхем ASIC позволяют заказчикам развертывать платформы, оптимизированные для различных областей сети с высокими требованиями к пропускной способности или к логической масштабируемости. Что этому могут противопоставить конкуренты? Неоптимизированные решения, которые пытаются справиться со всеми задачами, но результаты оставляют желать лучшего.
Juniper инвестирует в гибкость и выбор, чтобы наши заказчики могли подобрать оптимальный инструмент для каждой задачи. В отличие от других поставщиков Juniper не утверждает, что нужно сделать один правильный выбор.
«Расширение и диверсификация требований сетевых сервисов привели к разработке специализированных платформ и сетевых архитектур. Ни одна микросхема не сможет всегда удовлетворять все потребности — от гибкости и масштабируемости до пропускной способности и производительности. Именно поэтому Juniper движется в направлении специализации и оптимизации своих микросхем, чтобы они соответствовали уникальным требованиям различных сегментов сети. Это идеальная стратегия с ориентацией на заказчиков. Инвестируя в согласованную архитектуру микросхем Juniper сегодня, операторы получают возможности, которые останутся актуальными в будущем, например когда настанет время модернизировать сеть», — Рэй Мота, ACG Research.
Создаем фундамент на будущее
Разработка новых микросхем предполагает огромные инвестиции и 3–5 лет исследований, прежде чем продукт будет выпущен на рынок. Неудивительно, что поставщики стремятся сократить эти расходы. Стандартизация на базе одной архитектуры микросхем может в этом помочь, но заказчикам придется идти на компромиссы. Можно оптимизировать микросхему для достижения наивысшей пропускной способности, но при этом провалить тесты RFC 2544 с трафиком IMIX, как это произошло с маршрутизатором Cisco 8201. (См. результаты тестирования EANTC здесь.) Можно попытаться разработать одну микросхему для различных задач, как Nokia, и добиться высокой логической масштабируемости в ущерб пропускной способности, моментально отстав от конкурентов на годы. Компания Nokia недавно объявила о достижении пропускной способности 14,4 терабит на слот в 2022 году.
Juniper поставляет продукты с такой пропускной способностью уже три года. Мы поставили десятки тысяч портов 400G для более 200 заказчиков в наших решениях с пропускной способностью 14,4 терабит еще до того, как Nokia анонсировала выпуск своей первой аналогичной платы. А новые микросхемы Juniper Express 5 удваивают пропускную способность, достигнутую в 2019 году.
Может быть, следует разрабатывать микросхемы с учетом потребностей заказчиков, а не с точки зрения повышения прибыли? Juniper инвестирует в выбор и оптимизацию, чтобы заказчикам не пришлось идти на компромиссы. У микросхем Juniper есть неоспоримые преимущества:
- Согласованная архитектура. Представьте, что вы выбрали семейство продуктов с оптимизированной архитектурой микросхем и планируете использовать эти решения много лет, но поставщик вдруг решил поменять концепцию. Это обернется большими потерями нервов и финансов для заказчика. Гораздо надежнее использовать микросхемы, которые постоянно оптимизируются с точки зрения производительности и масштабируемости, но при этом сохраняют согласованность поведения и операций. Такие микросхемы Juniper поставляет уже больше 13 лет. Мы плавно внедряем инновации в микросхемы и заботимся о том, чтобы заказчики могли перейти на новые линейные платы без необходимости заменять платформы, инструменты и переобучать персонал.
- Более экологичные операции. Поставщики не должны оказаться в ситуации, когда сокращение углеродного следа означает реконструкцию всей сети. Заказчики микросхем Juniper ASIC говорят о повышении энергоэффективности на 95% по сравнению с первым поколением микросхем .
Выбор. Гибкость. Возможность выбрать оптимальную микросхему для определенной задачи. Эти принципы лежат в основе стратегии разработки микросхем Juniper и являются секретным ингредиентом при создании сетей, ориентированных на пользовательский опыт. А конкуренты? Они не хотят рассказывать о своих принципах оптимизации микросхем, потому что им особо нечего сказать.