[01056557]高性能系列化网络设备研制与应用

习主席指出“中国互联网和信息化工作取得了显著的发展成就……，但在自主创新、均衡发展等方面仍有较大差距。”高性能网络设备是互联网和信息化的基石，中国虽有长足进步，但设计方法和关键技术缺乏创新，面临诸多挑战：一是设备体系结构如何破旧立新，打破软硬件紧耦合的模式，使之符合移动互联网、云计算等新应用发展需求；二是如何创新交换设计方法，以满足单个环境数万个端口联网需求；三是设备研发模式如何跨越发展，将“技术研究-标准规范-软件开发-测试验证”低效迭代，转变为“研究-开发-验证-部署”；四是如何创新网络软硬件设计方法，全面构建自主的互联网技术和产业发展路径。针对上述挑战，在国家863等计划支持下，该项目在体系结构、交换网络、报文分组转发、高性能硬件设计方法和协议软件并行处理等方面取得了重大突破：一是提出了开放式构件化网络设备体系结构，创新地设计了构件资源表示方法和软硬件构件设计方法，破解传统网络设备结构封闭、创新滞后等难题，实现了类软件定义网络（SDN)模式，为从封闭业态向开放业态转变提供了技术基础；二是突破了可扩展标准化交换模块设计方法。交换是网络设备“立交桥”,该项目设计了可扩展无阻塞的标准化交换模块，实现了交换模块的可扩展级联，交换能力达到业界领先水平；三是提出软硬件协同的异构报文转发引擎设计方法。转发引擎是网络设备“发动机”，该项目融合了FPGA与多核并行优势，构建了面向业务流识别和调度的处理框架，实现了高效报文分发、多核并行自适应调度，解决了40Gbps实时转发与功能重构的矛盾；四是突破了高性能网络设备硬件设计技术，提出了组群迭代的高速差分信号传输电路的参数选择与背板正交直连方法，设计了l0Gbps信号无源通道模型，提高了高速信号传输的完整性，保证了接口稳定性；五是突破了高性能网络设备协议软件并行处理技术，提出协议软件并行处理架构、多CPU多核的协议软件并行通讯机制和BGP协议分布并行计算模型等，提高了协议处理性能，4节点并行处理可达3.3的加速比。该项目已经取得授权发明专利10项,在网络领域国内外顶级期刊发表了论文30多篇。该项目研制了标志性成果，中国第一台大容量IB交换机——十万亿比特级IB交换系统和第一台开放式路由器——“T比特级构件化路由器”，打破了国外在高端网络设备技术上的垄断，整体技术处于国内领先、国际先进水平。形成了高性能路由器、高性能交换机和高密度IB交换机3个系列。单机柜交换能力达17.28T，单处理板处理能力160Gbps,单接口最高速率为40Gbps, 4结点协议并行计算加速比3.3倍，单超级计算环境以太网结点超过35000个。通过浪潮电子信息产业股份有限公司、深圳风云实业有限公司等合作，自2010年，在国家和军队网络建设、超级计算网络环境、云计算中心和下一代互联网创新得到广泛应用。近三年销售1.5万台套以上，产值7.8亿元以上，产生了显著经济效益和社会效益。对中国该领域的自主创新和行业发展具有重大推动作用。