思享家丨Silicon One “帶飛”元宇宙
思科渠道微情報 思科聯天下 2021-12-09 17:00
作者：蔣星
思科解決方案架構師
思享家
是一個介紹如何利用思科先進技術解決客戶難題的欄目。每期聚焦一個技術熱點或應用場景，邀請資深思科技術專家深入淺出地介紹，為讀者提供實用性強的建議。
元宇宙無疑是2021年最熱的概念。數不清的機構和專家雖然都對元宇宙的內涵和外延做了不同的解讀，但似乎多數人在以下兩點取得了共識：
共識一：元宇宙依賴六大核心技術。
區塊鏈。保證用戶虛擬資產和虛擬身份的安全，實現元宇宙的價值交換，保證系統規則的透明實施。
交互技術。包括VR、AR、腦機交互、全息影像等技術，為元宇宙提供了沉浸式虛擬現實體驗。
遊戲。這是元宇宙目前主要的應用。
人工智能。 AI技術幾乎存在於元宇宙的每個環節，可以根據每個人的喜好定制內容或體驗，管理個人在虛擬世界的事務。
網絡及其運算技術。包括各種算法、雲計算、邊緣計算、實時傳輸網絡等。它們是元宇宙的基礎。
物聯網。物聯網技術把物理世界和虛擬世界連接起來，將人在真實世界中的五感延伸到虛擬世界。
共識二：我們目前還在元宇宙的初級階段探索
距離實現元宇宙還有很長的路要走。
這一共識應該不難得出，因為對照上面的六大核心技術，我們會發現每項技術既面臨數不清的個性化障礙，又被一些共同的難題制約，比如交互技術、機器學習都需要低延時的網絡；人工智能，尤其是圖像和視頻學習，也需要超大規模數據中心的服務器集群以及超高帶寬數據中心網絡；聯網設備呈指數級增長後，亟需超大網絡路由表項……所有需求都指向了元宇宙的基礎設施——網絡。
作為元宇宙的核心推動者，Meta（原 Facebook）也意識到了消除網絡瓶頸關乎元宇宙的成敗。因此Meta 與思科聯合開發了基於Silicon One 12.8Tbps Q200L芯片的下一代 Wedge400C 架頂式（TOR）交換機，該交換機採用了Meta自研網絡操作系統，通過開放的SAI接口實現開放解耦，利用該交換機來設計的下一代400G 高性能數據中心將為各種元宇宙技術的齊頭髮展奠定基礎。
那麼Meta為什麼對思科的Silicon One情有獨鍾呢？概括起來，還是因為Silicon One在以下三點的突出表現契合了元宇宙的發展需要。
大帶寬
2020年10月，思科發布了創新型Q200系列芯片。忽然間用單芯片構建一個12.8 Tbps的路由器成為可能，與之對應的其他友商需要2到10顆芯片才能構建相似的系統。 Q200顯著提升效率、降低了成本和功耗。 Meta充分認可Q200 的大帶寬能力，設計了下一代12.8 Tbps的 Wedge400C 開放網絡系統，可支持多達 16 個 400G 上行端口和 32 個 200G 下行端口，足以滿足面向元宇宙AI/視頻數據中心所需的超大帶寬數據中心的建設需求。
隨著思科在2021年10月發布了Silicon One™ P100芯片，現在可通過單片芯片構建19.2 Tbps 盒式路由器產品，同時我們還為模塊化系統提供業界首款28.8 Tbps 36x800Gbps闆卡，這意味著在C8000 最高密度的18槽路由器上，可以提供高達518Tbps的轉發能力，密度比任何友商都高出兩倍。如果你對這還沒有感覺，那我告訴你這意味著可以同時為1億網民提供互聯網4K 高清視頻看劇，即便是面向元宇宙應用的全沉浸式8K/240幀率/1Gbps 碼流的AR/VR視頻，也可以同時傳送50萬路！
低延時
憑藉思科高性能Silicon One P100，您可以在1RU機箱中使用QSFP-DD800光模塊製造24x800G 系統，在2RU封裝中使用QSFP-DD56光模塊製造48x400G 系統。
為了實現相似的高轉髮帶寬的大容量盒式設備，其他友商需要至少使用6顆芯片通過CLOS 架構進行互聯，這可能會增加多達三倍的時延和機架空間，以及五倍的成本和功耗。僅此一點就讓思科Silicon One架構在競爭中一騎絕塵。
用多芯構建設備的後果是，當數據包從系統中的入接口轉發到出接口時，它們需要經過更多跳數。當數據包到達入接口芯片時，必須通過串行器/解串器（SerDes）路由到交換矩陣芯片，然後再通過另一組SerDes路由到出接口芯片，這會顯著增加額外的時延。
借助思科Silicon One，數據包可以在芯片內進行本地交換，而無需傳輸到其他芯片。這意味著思科Silicon One 只需要三分之一的跳數就完成了數據包轉發，從而顯著縮短時延。
大表項與大緩存（Buffer）
Silicon One採用了一種新型的，能夠改變遊戲規則的技術——高帶寬內存（HBM），來擴展路由表項和數據包緩存。超大容量交換機設備因此可以配備大緩存，同時HBM內存可以根據聯網設備數量的增加，以及互聯網路由表規模的不斷擴大進行靈活的分配，系統可以裝入10多個當前規模的互聯網路由表。這確保了路由表規模可以應對元宇宙時代聯網設備不斷增加帶來的挑戰。
HBM雖然有節省關鍵路由資源和降低功耗的優點，但因為使用HBM內存帶寬仍低於交換機帶寬，因此必須更聰明地管理對HBM的訪問，這正是思科Silicon One的獨門秘技。思科Silicon One架構採用混合緩存方案，自動化的智能調度算法結合了芯片內部SRAM內存高帶寬和外部HBM內存大容量兩者的優勢。借助HBM接口的高效使用和智能管理，從而在單個芯片中實現高帶寬交換和大表項路由的統一。
