交换机设计问题：软件（在CPU上运行转发的程序）OR 硬件（CPU、网络处理器(network processor,简称NP)、ASIC、FPGA）
作者：互联网
参考资料：
1.CPU、网络处理器(network processor,简称NP)、ASIC和FPGA简介
感悟：结构决定功能。先分析系统应该具备的功能，在设计其结构。
ASIC（专用集成电路）：是指依产品需求不同而定制化的特殊规格集成电路，由特定使用者要求和特定电子系统的需要而设计、制造。即：定制化芯片。ASIC很“专一”，只做一件事，所以就会比CPU、GPU（通用芯片）等能做很多件事的芯片在某件事上做的更好（万能工具的效率永远比不上专用工具），实现更高的处理速度和更低的能耗。但相应的，ASIC的生产成本也非常高。
FPGA：现场可编程门阵列。它是一种集成电路，可以“现场”编程，按预期设计工作。这意味着它可以作为一个微处理器，或者一个加密单元，或者显卡，甚至可以同时使用这三个功能。顾名思义，FPGA是现场可编程的。因此，与半导体铸造厂不同，作为微处理器的FPGA可以重新编程，在现场充当显卡。在FPGA上运行的设计通常使用硬件描述语言（如VHDL和Verilog）创建。
ASIC和FPGA的区别：
FPGA可重构电路。FPGA可以用不同的设计进行重新配置。他们甚至有能力重新配置芯片的一部分，而芯片的其余部分仍在工作！这个特性被广泛应用于数据中心的加速计算。
ASIC永久电路。一旦特定于应用的电路用胶带固定在硅上，它就不能改变。电路在其整个工作寿命内也将同样工作。
ASIC的逻辑功能不能改变成其它任何东西，因为它的数字电路是由永久连接的门和硅触发器组成的。FPGA可以重新编程，在现场充当显卡、微处理器等。可以考虑使用乐高积木建造城堡与使用混凝土建造城堡。前者类似于FPGA，而后者类似于ASIC。你可以重复使用乐高积木创造一个不同的设计，但混凝土城堡是永久性的。
2.交换机的硬件处理具有速度快、成本低和功耗小等优点。
硬件灵活性和速度的对比
| 名称 | 速度 | 灵活性 |
|---|---|---|
| 交换机芯片 | 比CPU处理速度快两个数量级 | 远低于CPU和NP等可编程器件 |
| 网络处理器（network processor，简称NP） | 比CPU处理速度快一个数量级 | 可编程 |
| CPU | 可编程 |
使用CPU处理：利用交换机CPU处理转发规则，可以避免硬件灵活性差的问题。由于CPU处理数据包的能力变得越来越强，商用交换机很自然地也会采用这种更强的CPU。这样，在软件处理转发速度与硬件差别变小的同时，灵活处理转发规则的能力得到提升。
使用NP处理：由于NP专门用来处理网络的各种任务，如数据包转发、路由查找和协议分析等，因此在网络处理方面，NP比CPU具有更高效的处理能力。
硬件处理模型：RMT、FlowAdapter
3.软件处理：在处理器（CPU、NP）上运行转发的程序
软件处理的优点：软件方式可以最大限度地提升规则处理的灵活性,同时又能避免由于硬件自身内存较小、流表大小受限、无法有效处理突发流等问题。
软件处理的缺点：速度低。
4.软硬件转发
用cpu运行经过专门设计的程序，把数据包缓存于cpu的内存中，实现数据包的循径，转发的，就是软件转发。
硬件转发往往指的是一些专门设计的asic硬件芯片。完成软件转发同样的事情，但执行效率高得多。转发率可以高出几个量级。所以软件转发往往是相对于硬件ASIC转发的泛称。
总结：
有人想在通用的CPU上实现Match-Action，但是基于速度方面的考虑，我们采用专用的硬件实现并行转发，专用交换机的芯片比CPU快两个数量级，比NPU快一个数量级，并且这个趋势看上去是无法改变的。因此，我们思考：在流表内存受限的情况下，如何在硬件上实现Match-Action，并充分利用流水技术和并行思想(以提升速度)？（RMT）
标签：network,FPGA,ASIC,硬件,转发,NP,CPU 来源： https://www.cnblogs.com/yuboyuan/p/14782277.html