Procesory ve směrovačích firmy Cisco Pokročilé architektury počítačů Marek Malysz, mal341 Obsah Motorola MPC857DSL.............................................................................................................................1 Motorola 68360.........................................................................................................................................2 Motorola 68030.........................................................................................................................................3 Motorola MPC860 PowerQUICC............................................................................................................3 PMC-Sierra RM7061A.............................................................................................................................4 Broadcom BCM1250................................................................................................................................5 R4600.........................................................................................................................................................5 R5000.........................................................................................................................................................6 R7000.........................................................................................................................................................6 QuantumFlow Processor...........................................................................................................................6 Závěr..........................................................................................................................................................7 Zdroje.........................................................................................................................................................8 Úvod Firma Cisco Systems patří mezi přední výrobce síťových zařízení. V jejich portfoliu nalezneme širokou škálu síťových řešení - hardwarových i softwarových. Jejich zařízení najdou uplatnění v intrastruktůře menších podníků, ale taky v nejnáročnější podmínkách poskytovatelů internetového připojení nebo datových center. Je tedy nedílnou součástí používat procesory optimalizované pro síťové komunikace a zajistit co nejmenší zdržení při odbavování paketů. Tato práce si klade za cíl vytvořit přehled procesorů, které používá firma Cisco ve svých směrovačích. Jsou zde zahrnuty i již nepodporované typy směrovačů. Seřazeny jsou podle řady, do kterých přináleží. Motorola MPC857DSL Jedná se o všestranný mikroprocesor s podporou vnějších rozhraní, který najdeme nejen v řídících systémech, ale zejména v zařízeních na straně zákazníka nebo i DSL modemech. Obsahuje 32- bitové MPC8xx jádro s Power architekturou. Pracuje na frekvencích 50-66MHz a obsahuje sdílenou cache paměť o velikosti 8KB. Je tvořen dvěmí částmi: MPC8xx jádrem a pomocným procesorem pro komunikaci (Communication Processor Module - CPM). CPM podporuje čtyři seriove řadiče (serial communications controllers - SCCs) na zařízení. Tato dvou-procesorová architektura umožnila snížit spotřebu el. energie díky odlehčení samotného jádra o periferní zátěže na úkor CPM. Koprocesor pro řízení komunikace podporuje operace na FastEthernetových i sériových portech. Ilustrace 1: Blokový diagram procesoru MPC857DSL Procesor byl použit v směrovačích Cisco 83x series. 1 Motorola 68360 Jedná se o nástupce procesoru MC68302, který obsahuje 4 sériové řadiče. Primární procesor je 32- bitový CISC pracující na frekvenci 25-33 MHz. Ilustrace 2: Blokový diagram procesoru MC68360 1 http://www.cisco.com/en/US/docs/ios/12_2/12_2y/release/notes/rn800yn.html Procesor byl použit v směrovačích Cisco 1600 series. 2 Ilustrace 3: Blokový diagram směrovače 1600 Motorola 68030 První verze tohoto procesoru vznikla v roce 1998 jako další z řady 680x0. Jedná se v podstatě o jádro z 68020 s přídanou datovou pamětí a technologii umožňující vměstnat více hardwaru do jednoho čipu. Mikroprocesor je 32 bitový s architekturou CISC. Obsahuje dvě oddělené L1 cache paměti, datovou a instrukční, každá má 256 bytů. Dále obsahuje vlastní jednotku správy paměti s podporou stránkování (PMMU), je schopný adresovat až 4GB paměti. Pro její správu byla instrukční sada rozšířena o další 4 instrukce. Navíc obsahuje patici pro dodatečné připojení jednotky pro operace v plavoucí řadové čárce (FPU). Šířka datové sběrnice je dynamická 8, 16 a 32bitová. Procesory byly vyráběny s frekvencemi od 15 do 50 MHz. Tyto procesory jsou využivány v směrovačích Cisco 2500 series. Taktovány na frekvencích 20-25 MHz.3 Ilustrace 4: Blokové schéma směrovače řady 2500 Motorola MPC860 PowerQUICC Jedná se o všestranný mikroprocesor s podporou vnějších rozhraní, který najdeme nejen v řídících systémech ale zejména v komunikačních a síťových zařízeních. Jedná se o další generaci procesoru MC68360 QUICC. Jeho název vychází z ¹quadª (4 podporovaní seriová rozhraní) Integrated Communication Controller. Stejně jako jeho předchůdce je tvořen dvěmí částmi: MPC8xx jádrem a pomocným procesorem pro komunikaci (CPM). Tyto procesory obsahovaly 4-16Kb instrukční a 4-8Kb datové L1 cache paměti, každá s vlastní MMU. Sběrnice byla dynamická 8-32 bitů. Frekvence koprocesoru v byla v rozsahu 50-80 MHz. 2 http://www.cisco.com/en/US/products/hw/routers/ps214/prod_bulletin09186a0080091fec.html 3 https://supportwiki.cisco.com/ViewWiki/index.php/Cisco_2500_Series_Router_Architecture Ilustrace 5: Blokový diagram procesoru MPC860 Tyto procesory jsou využivány ve směrovačích Cisco 2600 series kromě verze 2691, která používala RM7061A.4 PMC-Sierra RM7061A Jedná se o symetrický superskalární mikroprocesor, který je schopen vydávat 2 instrukce v jednom taktu. Běží na frekvencích do 400MHz. Mikroprocesor je 64 bitový s architekturou MIPS. Do čipu jsou integrovány 16KB instrukční a 16KB datové L1 cache, a taky 256KB L2 cache. Násobení i sčítání čísel v plavoucí řadové čárce zvládne tento procesor spočítat v jediném taktu. Ilustrace 6: Blokový diagram procesoru RM7061A 4 https://supportwiki.cisco.com/ViewWiki/index.php/Cisco_2600_Series_Router_Architecture Tyto procesory jsou využivány ve směrovačích Cisco 2691, 3620 a 3640.5 6 Broadcom BCM1250 Jedná se o dvou-jádrovy 64-bitový MIPS procesor. Dva jádra Broadcom SB-1 běží každé na 600 - 1000 MHz a sdílejí společnou 512 KB L2 cache. Obsahují oddělěné paměti instrukční a datové, každá 32KB. Na chipu lze dále najít řadič paměti DDR i integrovaný I/O subsystém. Základní bloky jsou mezi procesory propojené sdílenou sběrnicí s rozdělenými transakcemi - Zbus. Do procesoru lze připojit 3 gigabitové konektory a 2 seriové porty. Ilustrace 7: Blokové schéma procesoru BCM1250 Tento procesor je využíván v směrovačích Cisco 7200 Series v routovacím modulu Network Processing Engine NPE-G1. Taktovány jsou na 700 MHz. Ilustrace 8: Blokové schéma směrovačů Cisco řady 7200 R4600 Procesor pocházející z firmy Quantum Effect Devices, Inc., kterou firma Cisco později koupila. 5 https://supportwiki.cisco.com/ViewWiki/index.php/Cisco_2600_Series_Router_Architecture 6 http://www.cisco.com/en/US/products/hw/routers/ps274/products_tech_note09186a00801e1155.shtml R4600 obsahuje instrukční sadu MIPS III s podporou pipeline s pěti stupni a 64 bitovou sběrnici. Obsahuje 16Kb instrukční and 16Kb datovou L1 cache. Byl vyráběn ve verzích od 100-135MHz s volitelnou 512kB L2 cache. Firma Cisco jej však na svých stránkách prezentuje s frekvencí 150 MHz. Tento procesor je využit ve směrovačích Cisco 7200 series v routovacích modulech NPE-100 a NPE-150.7 R5000 Tento superskalární procesor byl vyroben v roce 1996. Umožňuje vydávat 2 instrukce v jednom cyklu. Šířka sběrnice je 64bitů. Stejně jako R4600 podporuje pipeline s 5 stupni, navíc však obsahuje dvojnásobnou, tedy 32 kB instrukční a 32kB datovou L1 cache. Pracuje na frekvenci 262MHz. Tento procesor je využit ve směrovačích Cisco 7200 series v routovacím modulu NPE-200. R7000 Nástupce R5000. Obsahuje 2 jednotky FPU a 3 stupně cache paměti. Dvě L1 cache o velikosti 16KB a L2 cache 256KB jsou integrovány, třetí je volitelná. Tento procesor je využit ve směrovačích Cisco 7200 series v routovacích modulech NPE-300, NPE-400 a NSE-1. QuantumFlow Processor Jedná se o novinku z března roku 2008, kter firma uvedla na trh po 5-letém vývoji. Technologie na výrobu získala akvizicí 2 firem zajišťujících potřebné know-how. Procesor využívá architektury masivního multiprocessingu (MPP), obsahuje 40 32-bitových RISC jader pracujících na frekvenci 900-1200 MHz. Každé jádro obsahuje 4 vlákna mezi kterými sdílí 16KB L1 cache. L2 cache o velikosti 256KB je přístupná všem jádrům. Na výrobu první generace byla použitá technolgie 90 nm, v druhé generaci pak 65nm, čímž se podařilo vměstnat vše potřebné na jeden chip. Architektura se skládá z 2 hlavních částí: ● engine procesoru ± jež zajišťuje zpracování všech toků po dobu přeposílání paketu a ● traffic manageru ± zajišťuje řazení na frontách a plánování jak na systémových, tak na I/O rozhraních. 7 http://www.cisco.com/en/US/products/hw/routers/ps341/products_tech_note09186a0080094ea3.shtml Ilustrace 9: Blokové schéma procesoru QFC Procesor první generace je použit v ASR 1000, druhá generace pak v ASR 9000. Závěr Firma na svých oficiálních stránkách nezveřejňuje všechny používané procesory. Často jen informuje o výkonu použitého procesoru např 1.2 GHz PowerPC v případě ASR1000. Typ procesoru se přesto objevuje ve výpisu ¹show versionª na jednotlivých zařízeních. Viz příklad se zvýrazněným označením procesoru: