5G通信等尖端应用的高速互连还看RapidIO

无线、任务关键性、工业自动化、实时图像分析以及数据中心等特定应用需要有非常低的延时。RapidIO由于架构延时低至100ns，在无线领域取得了成功。RapidIO交换芯片供应商IDT公司前不久参加了巴塞罗那世界移动通信大会，并在更早些时候发布了新的RapidIO交换器件。借此机会，EDN China对该公司高级产品经理Tony Lukassen进行了独家专访，了解了一些有关RapidIO的背景，以及新的RapidIO器件在5G无线通信、太空应用和强子对撞机等高精尖应用当中所扮演的关键角色。

图1：IDT公司高级产品经理Tony Lukassen。
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RapidIO是什么？ Lukassen先生告诉记者，RapidIO协议在2000年创建，它是一种针对性能关键型计算的统一架构。该协议的几个关键特性包括低延时、高扩展性（既可以为小型系统使用又可以为高度密集型应用使用）、低系统功耗、流程控制机制（因此可用于电信级产品）。因此，RapidIO现在几乎支配了所有的无线基础设施。RapidIO可用于边缘计算、数据中心/HPC、航天的互连。它被下一代太空互连标准（NGSIS）于2012年选定为数字数据传输的可选技术。今天，IDT的RapidIO交换芯片几乎在所有的4G呼叫和下载中都有使用。RapidIO架构现在也几乎用在了所有的4G基站和小基站等应用当中。 Lukassen先生接着介绍说，RapidIO有着强大、开放的生态系统（图2来自RapidIO行业协会，该协会负责管理其规范）。RapidIO生态系统既包括半导体芯片商和IP厂商，也包括系统OEM厂商等。

图2：RapidIO强大的生态系统包括半导体芯片商、IP厂商和系统OEM厂商等。
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图3为RapidIO目前的市场，它覆盖的一些针对应用的关键特性和优势包括：超低互连、高扩展性、行业标准架构、高能效以及更低的总体拥有成本（TCO）。RapidIO目前在这些市场有400多家产品客户。

图3：RapidIO目前在无线基础设施、任务关键型应用、工业自动化、实时图像分析和数据中心等应用中扮演关键角色。
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Lukassen先生表示，RapidIO除了架构延时非常低以外，还有非常低的应用到应用延时。最终处理器上的应用线路的延时非常低，因为终端处理器的开销非常低。因此，RapidIO允许非常低延时的互连。RapidIO是一种非常高可扩展的工业互连标准。除了无线基础设施以外，它在任务关键型应用、图像和视频分析应用中也开始崭露头角。RapidIO也用于半导体制造设备等工业自动化应用的流程控制。另外，它在移动边缘计算中也充满机遇，其中数据中心功能（核心网络功能）被放到接入网，因此需要进行快速分析。 “为什么这些应用主要是用RapidIO而不是其他协议呢？”当笔者问到这个问题时，Lukassen先生举例透露说：“5G移动通信的定义要求信号往返延时低于1ms，这其中不仅是通过器件的延时非常低，而且协议规定到达终点的延时也要非常低，因此数据传输到处理器处理才能非常快。RapidIO非常擅长于在不同处理单元之间快速移动数据。使用RapidIO能够获益的应用包括那些有很多相互通信的处理节点的应用。例如在无线应用中，你可能有ADST功能、处理功能、FPGA加速器，这些处理功能需要非常高性能的架构，而RapidIO可以非常高效地应对。” RapidIO在高精尖应用中的重要作用 同时，他对RapidIO技术的几个重要新闻作了描述。去年12月份，IDT公司宣布与欧洲核研究组织（CERN）合作开发了一个低平台来加速和改善该组织的大型强子对撞机（LHC）和数据中心的分析管理。该平台基于IDT RapidIO技术在IDT Open HPAC实验室开发，它标志了其合作以来的首个重要里程碑。LHC在1秒内可在每个探测器上产生数百万次粒子碰撞，每秒产生大约1015字节（1,000TB）的数据。这些数据对于CERN努力探索关于宇宙根本问题的答案至关重要。而RapidIO技术在计算机处理器集群之间提供了具有确定性传输的低延时连接，极大地加快了数据移动和处理。 2014年9月，IDT RapidIO互联架构帮助电信公司Orange完成了社交媒体分析项目。该公司开发该平台的目的是在收视率极高的世界杯比赛期间能够实时分析消费者关注点和对情绪进行测试。Orange 的项目力求实时对协同定位于基站网络边缘的网络流量进行深入分析。IDT RapidIO交换芯片的每条链路带宽高达20Gbps，直通式延时为100ns，并具有强大的容错能力、热插拔支持、可靠的内置传输机制以及无阻塞交换性能等特点。这些对于在采用协同定位服务器的无线网络中进行关键任务分析很重要。 此外，在2015年10月，IDT还与BAE Systems合作推出了太空级芯片，用于加速和提高太空中的数据传输。2015年7月，IDT公司推出了开放式高性能分析和计算实验室，用于整合RapidIO互连技术与异构平台。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 新RapidIO交换芯片可为5G网络即用 IDT最近推出了第三代RapidIO交换芯片。该芯片可为4G LTE-A和5G无线基础设施系统开发提供所需的超低延时、高带宽和更高的能效。IDT公司的RXS系列交换芯片超过了最新的RapidIO 10xN规范要求。相较于IDT用于当今几乎每一个4G LTE电话呼叫和数据下载的第二代交换芯片，该第三代芯片能够提供2倍多的更高性能。除了4G LTE-A和5G应用外，新的交换产品非常适合于移动计算、高性能计算和数据分析等应用的密集带宽和低延时要求。 RapidIO交换芯片可用于连接由SoC、DSP、FPGA和定制ASIC等构成的复杂处理密集型电子系统的计算器件。IDT的RXS系列交换芯片在保持RapidIO超低延时的同时，超过了RapidIO 10xN标准的严苛带宽要求。这些功能有助于确保数据在器件之间传输时具有非常低的延时和非常高的能效。 新的RXS2448和RXS1632交换芯片能够提供接近100ns的超低端口到端口延时，以及灵活的、高达600Gbps的高性能无阻塞架构，可实现最优化的5G交换解决方案。新的交换芯片与现有的RapidIO生态系统后向兼容，可保护以前的硬件和软件投资，并缩短产品上市时间。 “CPS-1848的总架构性能是240Gbps，而RXS2448的架构性能是600Gbps，因此该架构的性能相较于上一代提高了2.5倍（图4）。”Lukassen先生表示。

图4：新一代RapidIO交换芯片的架构性能较前一代提高2.5倍。
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10xN RapidIO交换芯片可以很好地适用于广泛的市场应用，其中器件之间数据传输的延时往往是实现复杂电子系统潜在性能的一个限制瓶颈。这些市场包括移动网络基础设施（基站、C-RAN、移动边缘计算）、数据中心（数据分析、高性能计算）、航空航天、工业控制和国防等等。 这些交换芯片可通过对系统交换卡的简单升级来提高总体背板带宽，从而直接增强现有系统的性能，并可针对5G等未来系统为设计师和架构师提供一个非常具有吸引力的数据传输解决方案。 RXS产品系列包括24端口、48通道的RXS2448和16端口、32通道的RXS1632，其特点包括： ●针对异构计算的10xN 50Gbps端口——支持多标准（4G和5G）基站收发台（BTS）设计，RXS交换芯片可灵活运行在10Gbaud的10xN标准，而且还可以使速率提高25%，达到每通道12.5Gbaud。 ●超低延时——100ns的端口至端口交换延时转换为处理单元之间的内存至内存延时将不到200ns，这对于5G系统中的RTT和边缘分析很重要。 ●更低系统功耗——每10Gbps 300mW的能效，以及从1.25Gbaud到12.5Gbaud的可调端口和链路特性，可提供最佳的功耗管理策略，从而实现最优的低功耗设计。

图5：RXS产品系列指标概览。
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图6：在使用RapidIO的5G网络的案例中，基站包含有FPGA、DSP和处理器。
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它们通过RapidIO交换芯片与C-RAN RapidIO交换机集群（4G的演进）相连，而交换机集群可以和数千个基带处理单元（BBU）相连。5G将包含两个要素：BBU/移动边缘计算（MEC）共同放置，以及无线电数据包通过RapidIO以50Gbps/端口的速率互连。

图7：针对国防、航空和工业应用、采用RapidIO架构集群设计的交换和管理卡，可增加带宽，降低延时，并用于异构计算。
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图8：RapidIO用于数据分析，可以为移动边缘计算、数据中心分析和高性能计算提供更高带宽、更低延时、异构计算和可扩展性。
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图9：RXS评估和开发平台包含2个基于处理器的AMC扩展卡（插槽），可以用RapidIO在它们之间交换，并且有一些连接器，可以通过线缆对线缆的方式去做其他原型设计。
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