思科系統(tǒng)公司可能仍然是數(shù)據(jù)中心中開關(guān)和路由器的最大供應商，但是從長期以來，它一直在被Broadcom所超越，因為博通的芯片除了提供本身的開關(guān)功能外，還提供了一點點路由的功能。

盡管在商用以太網(wǎng)開關(guān)芯片市場上有很多競爭，當中包括Nvidia（Mellanox），Innovium，Intel（Barefoot Networks），Marvell，以及少數(shù)其他新貴都在這個市場中，并且它們在開關(guān)中的份額越來越大，尤其是那些決定網(wǎng)絡(luò)步伐的超級擴展程序和云構(gòu)建者。

但是，上述芯片廠商需要擊敗的是開關(guān)芯片設(shè)計商博通，而不是思科。因為無論思科為其Silicon One路由器和現(xiàn)在針對高端產(chǎn)品的開關(guān)芯片制造怎樣的聲勢，并高調(diào)宣布公司進入商戶市場。但其實自2000年代末以來，思科本來可以選擇制造商用芯片來抵御來自Broadcom的攻擊，但直到去年，思科才這樣做。

隨著2020逐漸走向尾聲，Broadcom推出了主要針對超大規(guī)模產(chǎn)品和大型公共云制造商的“Tomahawk”系列以及旨在實現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)換的“Trident”系列芯片，針對思科在十月份公布的六款新的Silicon One芯片。

Broadcom所做的第一件事是擴大了其Tomahawk 4產(chǎn)品線系列，該系列的最早的產(chǎn)品是于去年12月發(fā)布的，擁有25.6Tb/sec的速度，可以驅(qū)動運行速度為400 Gb/sec的64個端口，現(xiàn)已批量生產(chǎn)。

Broadcom的“Tomahawk”和“Trident”系列產(chǎn)品經(jīng)理Vecchio告訴The Next Platform。這是博通第二款7納米的開關(guān)ASIC（在臺積電公司生產(chǎn)），第一款是2019年6月推出的Trident 4芯片。Del Vecchio表示，這兩種芯片都是單片芯片，Broadcom除非絕對需要，否則不會切換到小芯片設(shè)計，因為將多個芯片塊捆綁在一起會對性能產(chǎn)生影響。（其他公司，例如Barefoot Networks，已在不同的模塊中實現(xiàn)了SerDes電路和開關(guān)引擎，并使用芯片之間的高速鏈接將它們組裝成一個封裝。這增加了復雜性和封裝成本，但也提高了小芯片的良率，因此降低了成本封裝中的問題。）

正如我們之前所指出的，Broadcom試圖滿足各種各樣客戶的開關(guān)和路由選擇需求，并且該公司認為，它無法將所有功能都塞入一個ASIC并由其完成。他們需要重復去理解這些不同的市場是什么，它們的需求是什么，以及Broadcom芯片能解決哪些問題。以下是他們按客戶設(shè)置的細分：

Del Vecchio認為，企業(yè)通常不會像服務(wù)提供商和hyperscalers/云構(gòu)建商那樣推動帶寬限制。但是他們在網(wǎng)絡(luò)上擁有更多的設(shè)備和多種類型的設(shè)備。此外。由于用戶以服務(wù)器所沒有的方式來回移動，因此需要對訪問和安全性進行更多基于策略的控制。

相比之下，服務(wù)提供商往往擁有大量的遠程骨干網(wǎng)，因此他們需要在其開關(guān)和路由器中進行深度緩沖（deep buffering），以幫助掩蓋這些骨干網(wǎng)中的延遲。服務(wù)提供商也往往在其網(wǎng)絡(luò)中有更多的超額訂購，以減少開關(guān)的數(shù)量，這在一定程度上控制了網(wǎng)絡(luò)預算。這就是Del Vecchio所謂的“超級共享”（hyper shared）網(wǎng)絡(luò)，其中的服務(wù)質(zhì)量（包括大型訪問控制列表，開關(guān)或路由表之類的硬件以及交付該服務(wù)的軟件）是關(guān)鍵。

借助hyperscalers和云構(gòu)建器，大多數(shù)流量都在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設(shè)備之間（所謂的東西方流量），并且它們帶寬要求非常高。這樣的話他們能在數(shù)據(jù)中心的100000個服務(wù)器的許多微服務(wù)鏈接在一起，已組成其所需的應用。他們需要低延遲，但是在各種各樣的網(wǎng)絡(luò)條件下可預測的延遲才是最重要的，這也是為什么hyperscalers和云構(gòu)建者往往擁有非常超額配置網(wǎng)絡(luò)的原因。

以下是博通針對不同客戶群的ASIC映射：

這些不是硬性界限。例如，Broadcom收購Dune Networks獲得的“ Jericho” ASIC具有很深的緩沖區(qū)，但每個ASIC的總帶寬卻總不如Trident或Tomahawk器件。然而 hyperscalers喜歡在其網(wǎng)絡(luò)的核心和骨干網(wǎng)中使用Jericho開關(guān)，也許鏈接區(qū)域或在數(shù)據(jù)中心的區(qū)域內(nèi)科充分利用深層緩沖區(qū)，但在可編程性更為重要的邊緣需要使用Trident ASIC，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的主要結(jié)構(gòu)則是Tomahawk芯片最合適的地方。

重要的是，所有這些ASIC除了支持Broadcom的SDK和API堆棧以外，還支持由Microsoft創(chuàng)建并由開放源代碼社區(qū)采用的Switch Abstraction Interface（SAI），這樣的話就可以在不同制造商的Switch ASIC上提供API虛擬化層，為此其網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可以不需要理會是誰的ASIC，也都可以運行。（對于Microsoft Azure云中的許多用例來說，其SONiC網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)也是開源的，它在SAI上運行；在其他情況下，Microsoft使用不同的是NOS。）

據(jù)我們所知，有十多種網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可用于開關(guān)制造商或開源社區(qū)，其中還有由 hyperscaler 或云構(gòu)建者在內(nèi)部開發(fā)并保持專有的系統(tǒng)。在過去的幾年中，這些NOS有了很大的發(fā)展，但是從長遠來看，市場是否會接受如此多的選擇還有待觀察。反正在服務(wù)器市場是肯定不可能。在剛開始的時候，世界范圍內(nèi)的公司數(shù)據(jù)中心中可能有兩打服務(wù)器架構(gòu)和三到四打操作系統(tǒng)，但現(xiàn)在，我們基本上可以在大多數(shù)情況下使用Linux或Windows Server。

我們認為hyperscalers和云構(gòu)建者不會停止構(gòu)建自己的NOS，這比他們停止構(gòu)建自己的Linux發(fā)行版可能性更高，因為這兩者對于其龐大平臺的性能和安全性至關(guān)重要。但是我們確實認為便攜式操作系統(tǒng)很重要，而Arrcus的ArcOS很有可能它將以跨平臺NOS的形式出現(xiàn)后。

我們還認為Nvidia將竭盡全力擴展Cumulus Networks通過其同名平臺所做的工作，并將其與Mellanox的多個平臺融合在一起。Arista將其EOS和來自Big Switch Networks的SDN堆棧相結(jié)合的方式還有待觀察。在許多具有IOS和NX-OS的數(shù)據(jù)中心中，Cicso是默認的選擇。因為他們的軟件最便攜，能提供最高性能，并可以涵蓋最多場景。這就像Broadcom通過為特定用例提供精確的ASIC贏得了商用芯片市場一樣。

通過介紹上述背景，我們可以了解Broadcom現(xiàn)在發(fā)布的新品的邏輯。

正如我們上文所述，將近一年前宣布的“Tomahawk 4 ” ASIC于2020年初開始提供樣品，如今在宣布后不到一年的時間就開始批量供貨。對于開關(guān)ASIC來說，這非常快。Tomahawk 4 ASIC擁有更多的內(nèi)存，但擁有和Trident 3上的相同“ Blackhawk” SerDes，該SerDes在25.8 GHz上運行，但是因為選擇了PAM-4調(diào)制（每個信號可以做兩位）的方式，其每個SerDes通道可以提供50 Gb /秒的有效的帶寬。最大的Tomahawk 4-50G芯片在其邊緣蝕刻了512枚Blackhawk SerDes，總開關(guān)帶寬為25.6 Tb / sec。此設(shè)備上支持的最密集的開關(guān)配置為以400 Gb /秒運行的64個端口。

但是現(xiàn)在，Tomahawk 4系列正在擴展有兩個新成員：

第一個是Tomahawk 4-100G，它擁有與Blackhawk 相同SerDes，但將時鐘頻率提高到51.6 GHz，并向其添加了相同的PAM-4調(diào)制，以使每條通道可以達到100 Gb/秒的速度。然而，由于考慮到散熱問題，這個芯片上只集成了256個SerDes。但是，由于熱量隨時鐘速度呈指數(shù)級增長，即使其SerDes為Tomahawk 4-50G的一半，Tomahawk 4-100G的運行功率也略高于350瓦，約為400瓦。

Tomahawk 4系列中的第二個新芯片是“戰(zhàn)斧4-12.8T”，它用戶有128個SerDes，同樣也是采用PAM-4調(diào)制。

如您所料，這兩種新的Tomahawk4開關(guān)ASIC均使用臺積電7納米工藝制造。博通沒有給出這些芯片的具體晶體管數(shù)量和die尺寸。但他們表示。這些新的Tomahawk 4 ASIC將于明年批量供貨，這意味著又一個快速的增長。

因為這兩個新的Tomahawk 4芯片每通道的速度為100 Gb /秒，那么他們建立以給定速度運行的端口，就僅僅需要一半的通道數(shù)，這是很有價值的。因為這就意味著一切都取決于 hyperscaler 和云構(gòu)建者客戶想要部署的光學器件，而100 Gb / sec PAM-4光學器件具有更高的功率效率，因此功率效率的凈收益轉(zhuǎn)移到了速度更快的開關(guān)ASIC上。每個端口溫度更高，開關(guān)基數(shù)更低，因為光功率消耗低得多。

由于思科是商用芯片市場的新生力量，也許是Broadcom在數(shù)據(jù)中心開關(guān)和路由中面臨的最大威脅，因此該公司似乎在其Tomahawk 4芯片的演示文稿中選擇了Silicon One作為對比對象。

我們認為這種比較針對的是Silicon One，但從概念上講，這個對比適用于其他12.8 Tb / sec芯片，包括博通在2018年1月推出的Tomahawk 3芯片。即使新一代ASIC芯片的成本更高，但您也需要六倍的芯片才能使用Tomahawk 3創(chuàng)建25.6聚合帶寬。另一種說法是，Tomahawk 4它的價格是Tomahawk 3的六倍，并且仍然具有空間，散熱，彈性和巨大的延遲優(yōu)勢，可以提供與端口相同的原始帶寬。

Broadcom還選擇了競爭性商戶芯片中的切片架構(gòu)，這使我們再次相信它正在圍攻思科的Silicon Silicon One：

雖然Broadcom并不反對在其開關(guān)ASIC中增加可編程性，但該圖表似乎著眼于Tomahawk 4的流水線分組處理與網(wǎng)絡(luò)處理單元（NPU）之間的性能差異，后者是使用P4編程的Silicon One軟件包的一部分：

這些比較告訴您Broadcom在考慮什么，以及它在擔心誰。

如果我們用SmartNIC來減輕服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)處理負擔，那么也許我們也需要SmartTOR，這會將其中一些功能從SmartNIC或服務(wù)器中分離出來并整合到它們所屬的位置：在開關(guān)上。Broadcom明確認為這可能是網(wǎng)絡(luò)的未來，并且正在使用稱為Trident SmartTOR的Trident 4開關(guān)ASIC的變體來測試這一想法，后者的縮寫顯然是機架頂開關(guān)。

這個網(wǎng)絡(luò)負載的想法并不新鮮。多年以來，Mellanox（現(xiàn)在是Nvidia的一部分）一直將網(wǎng)絡(luò)工作從服務(wù)器轉(zhuǎn)移到ConnectX網(wǎng)絡(luò)接口卡上，在過去的幾代InfiniBand和以太網(wǎng)開關(guān)ASIC中，它一直在將某些功能整合到開關(guān)本身上，加速集體操作等自然屬于開關(guān)的工作。

Trident 4芯片的SmartTOR變體的總開關(guān)帶寬僅為8 Tb / sec，并且由于采用PAM-4調(diào)制，它具有160個SerDes，以25.6 GHz運行，每通道傳輸50 Gb / sec。（與其他Trident 4芯片和原始的Tomahawk 4芯片相同的速度和調(diào)制。）

正如您所料，該Trident SmartTOR芯片還采用了臺積電7納米工藝。（Broadcom的下一代設(shè)備已經(jīng)達到5納米了，它在過去的一周中在概念上進行了討論，而沒有談?wù)撍媱潪閿?shù)據(jù)中心，云和5G用例在5納米上創(chuàng)建的確切ASIC。） SmartTOR設(shè)備具有用于網(wǎng)絡(luò)上第2層到第7層服務(wù)的可編程管道，并提供了Del Vecchio所說的“大規(guī)模”：300萬個流量，300萬個ACL條目，100萬個隧道，和一百萬個柜臺。該芯片還具有以線速運行的數(shù)據(jù)的MACSec和IPSec加密。

比例尺如何映射到上一代Trident 3-X5芯片：

Trident SmartTOR的用例很有趣。Del Vecchio表示，企業(yè)客戶有興趣在裸機而不是虛擬化的云基礎(chǔ)架構(gòu)上部署其應用程序，在這種情況下，很多由服務(wù)器虛擬化管理程序或SmartNIC（很少會）完成的虛擬網(wǎng)絡(luò)需要：以某種方式集中完成。將其放入開關(guān)很有意義。

如果您希望在X86 Iron甚至FPGA上運行這些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，則尤其如此，這通常發(fā)生在分散在數(shù)據(jù)中心周圍的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中：

問題是這個，我們還不能回答：將所有這些功能整合回開關(guān)成本上，而不是在X86服務(wù)器或FPGA設(shè)備上運行它們。直到開關(guān)制造商使用Trident SmartTOR創(chuàng)建設(shè)備，我們才知道。
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