自主研发持续创新之自研芯片

发布时间:2020-06-28  作者:中兴通讯 吕勇  阅读量:

5G时代,通信技术发展日新月异,作为通信设备中最重要的部分,芯片被视为5G时代能否占得先机的核心要素。业界具有通信系列芯片自研能力的厂商屈指可数,中兴通讯位列其中。

2008年中兴通讯启动数据通信领域芯片的自主研发工作,首先就瞄准大型数据通信设备的基石——交换网芯片。经过3年的努力,克服重重技术难关,中兴通讯在2011年成功推出第一代自研交换网套片,并迅速在路由器、PTN、OTN等产品上成功应用。随后的几年,中兴通讯持续改进交换网技术,紧跟工艺革新的节奏,以3年一代的速度进行交换网芯片的更新换代,以最快的速度,和客户共享工艺红利。中兴通讯在芯片研发过程中充分发挥身为设备供应商对业务理解的优势,在交换网芯片中创新性地引入智能处理的理念,根据系统运行的状态,自动选择链路和优化流量分布,大幅提升系统的稳定性和可靠性。2018年中兴通讯推出交换容量9Tbps的第四代自研交换网芯片,达到业界一流水平。2020年,中兴通讯启动第五代自研交换网芯片的研发。

有了一流的自研交换网芯片,中兴通讯的数通产品就具备了最坚实的底盘。为实现数通产品能力的全面提升,中兴通讯又瞄准了有数通设备发动机之称的NP(网络处理器)芯片。NP芯片的技术复杂度极高,全球具备NP芯片开发能力的IC公司屈指可数。中兴通讯从零开始,经过3年的研发,在2015年推出首款自研NP芯片——SSP-1。SSP-1采用先进的RTC(Run To Completion)架构,以全自主知识产权可编程的微处理器内核,加上先进的超高速crossbar内核互联技术,同时具有高性能和灵活可编程的特性,并设计超大指令空间,所有的转发流程均为可编程,通过微码+动态表项的组合,满足复杂场景下业务处理的要求,在不需要更换硬件的情况下,通过升级微码就可以平滑支持新业务,最大限度保护客户投资。

SSP系列自研NP芯片实现了超高的集成度,网络侧集成了丰富的接口和MAC(Media Access Control),支持直出光模块,有效降低设备PCB单板的面积,所有接口支持热插拔,可以单独对部分接口进行在线配置。SSP系列NP芯片在交换侧集成了中兴通讯自研交换网接口,交换加速比满足数通产品交换网N+1冗余。NP芯片内还集成了大容量的查找表,支持最长匹配、精确匹配、范围匹配等多种查找算法,可覆盖数通产品各种类型转发业务的要求,并支持表容量在不同业务间的动态调配。

首款自研NP芯片推出后,迅速在中兴通讯产品中得到应用,产品的应用又进一步促进芯片的进步。经过3年的积累,2019年初,中兴通讯又推出业界首款集成FlexE和TSN功能的NP芯片,实现MAC、FlexE、转发引擎、查找引擎、交换网接入和TM(Traffic Manager)六合一的超高集成度。在第2代NP研发之初,中兴通讯充分发挥设备商对网络技术和发展趋势精确把握的优势,准确预见到5G时代承载网大带宽、低时延、海量连接和网络切片的4大趋势,在芯片设计中充分体现。采用当期最先进的Serdes技术,使芯片能够提供充足的接口带宽,集成802.3BR和CQF等TSN技术,独创FlexE时隙交叉转发,端口到端口的转发时延低至5µs。采用最先进的HBM存储技术,同时满足支持大容量业务需要的查找表和深度报文缓存需要的存储带宽和容量的需求;设计了灵活的存储管理单元,使HBM在表项和TM之间灵活分配,适应不同应用场景的不同要求。为了更好地保障业务的服务质量,在芯片中设计了多个TM,并支持队列资源在多个TM间的灵活分配。TM支持多种工作模式,可切换为交换TM、业务TM和超大队列TM,满足不同场景的应用要求。结合FlexE技术,可以实现对接口容量的灵活切片,切片的粒度可小至5Gbps。第2代自研NP的成功推出,使得中兴通讯数据通信产品的竞争力大幅提升。

在产品中成功的应用进一步推动中兴通讯自研芯片的信心,2017年和2020年,中兴通讯相继启动第三代和第四代自研NP的研发。持续的研发投入带来技术实力的稳步提升,中兴通讯第4代NP的规划已在接口容量上对齐业内一流水平,采用最先进的5nm工艺和112Gbps Serdes技术,在转发引擎架构、查找算法、TM和交换网接入技术研究上均已取得突破性的进展,芯片集成度将得到进一步提升,进一步集成无损以太网和MACsec等功能,并针对SRv6、BIER、inband-OAM和Telemetry等热门技术对转发面的要求进行设计优化,进一步增强NP芯片对新兴业务的支持能力。

除了交换网芯片和NP芯片,中兴通讯还具备超大容量查找芯片的研发能力,已发布NSE系列自研查找芯片,和NP芯片配合,可以支持转发表项的片外扩展,进一步增加转发表和ACL表的容量。

从2011年第一款交换网芯片推出至今,中兴通讯在数据通信领域芯片研发已持续10年,已具备交换网芯片、查找芯片和NP芯片等数据通信设备需要的全系列芯片的研发能力。中兴通讯的数据通信产品,也实现了核心芯片全部自研化的切换,竞争力持续提升。产品和芯片已步入一代工艺、一代芯片、一代产品的良性循环。展望未来,中兴通讯将在数据通信芯片领域百尺竿头,更进一步。

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