作者：Faisal Dada 和 Adam Taylor

隨著實施基于云的服務和機器到機器通信所產生的數據呈指數級增長，數據中心面臨重重挑戰。

這種增長毫無減緩態勢，有業界專家預測內部數據中心機器對機器流量將會超出所有其他類型流量多個數量級。這種顯著增長給數據中心帶來三個主要挑戰：

●數據速度– 接收與處理數據所需的時間增強了數據的接收和處理能力，實現高速傳輸。這使數據中心可支持近乎實時的性能。

●數據種類– 從圖像與視頻這樣的結構化數據到傳感器與日志數據這樣的非結構化數據，可將不同格式的數據傳輸進來。

●數據量– 所有用戶提供的數據量。

對于眾多應用來說，應對這些挑戰需要數據中心之間的直接通信。例如，提供索引、分析、數據同步、備份與恢復服務。為支持數據中心間的通信，需要使用非常大的數據管道，同時，用于在這些管道間傳輸數據的網絡通常稱為數據中心互連 (DCI)。

DCI 發揮著舉足輕重的作用，有助于數據中心部署規模擴展，支持更多數數據中心以在給定地理區域內鋪開服務。當然，隨著數據中心數量的增加，它們之間的互連程度也會隨之增強。

要想在數據中心內實現 DCI，既可使用專用接口盒，也可使用傳統的傳輸裝置。使用專用接口盒能在外部數據中心（線路側）與數據中心內部網絡（客戶側）之間提供接口。

由于數據中心內存有敏感信息，例如財務信息、健康信息以及其他業務的關鍵信息，因而數據安全性至關重要。安全漏洞會讓數據中心所有者喪失信心與信任并造成收入損失。最糟糕的是，如果安全漏洞十分顯著，還可能造成法律或監管后果，從而影響運營。

因此，無論是在數據中心內部還是在數據中心間的傳輸過程中，信息安全保障都是頭等大事。這就要求 DCI 實現方案能在數據進出數據中心時支持對數據進行加密或解密。

當前的 DCI 實現方案采用以下技術之一：

●Bulk Layer 1 安全方案：利用類似于 AES256 的技術對整個內容進行加密和認證。這是目前為止最具成本效益的方式，能為大型點對點數據管道提供安全性。

●IEEE 802.1 AE 定義的 MACsec：可對數據包進行單獨加密，也可在硬件中輕松處理。MACsec 可在 Layer 2 中提供安全性。

在 DCI 互連盒中，通常只使用兩種安全技術中的一種。然而，隨著數據中心數量的增加，找到可實現這兩種安全方法的解決方案十分必要，讓使用不同安全方法的數據中心間能夠靈活地進行通信。這需要 DCI 平臺具有靈活性且易于配置，可從支持一種安全解決方案到支持另一種安全解決方案。有了這種靈活性，使用不同廠商技術的數據中心之間就能進行通信。

盡管新型數據中心的數量快速增加，但現有數據中心在線路側與客戶側均有部署，故也采用全新的標準。DCI 互連盒必須足夠靈活才能應對多個升級周期，跨越多代網絡接口。升級網絡設備的相關成本是這種跨代升級的部分推動力，例如，100Gbps 傳輸卡的成本是與它相似的切換端口成本的 100 倍。因此，從成本角度來看，每三年更換這些設備并不劃算。該功能有助于數據中心運營商將 DCI 互連盒脫離升級周期。

出于對不同的安全技術與常規升級周期間歇的支持，DCI 互連盒架構需要能夠適應部署功能要求，同時根據技術與標準變化實現簡單演進。

圖 1 - DCI 互連盒情景圖

要想實現對標準的適應性并為演進發展提供支持，就需要可支持多種數字相干光學 (DCO) 線路側接口的架構。越來越多地將 DCO 格式部署為可插拔格式，并且能夠支持不同廠商線路側接口的特性實現了最大的靈活性。

客戶側接口則需要支持 10GE 至 400GE 的以太網速率，以及像 FlexE 的更新標準。而要將客戶側與線路側進行連接，所需的解決方案不僅要提供接口功能，還要能實現應用所需的安全解決方案。

諸如賽靈思 UltraScale+ FPGA 的可編程邏輯可為 DCI 互連盒設計人員提供多種優勢。可編程邏輯 IO 的高靈活性能實現任意到任意系統間的接口功能，允許客戶側和線路側接口具備必要的 PHY 支持。

可編程邏輯的并行特性還可實現算法的流水線化，以獲得最優吞吐量。得益于可編程邏輯架構的并行特性，因為消除了傳統的系統瓶頸，該解決方案還具備更好的確定性。

此外，可編程邏輯也可實現現場升級，在采用標準時，可支持全新協議修訂版本的部署。可編程邏輯的這種可升級能力使 DCI 盒可以具備應用所需特性。該變更可通過 SDN 控制器來編排，因此，基于 FPGA 的 DCI 盒極具可塑性。在當今 SDN 控制的網絡環境中，這樣一種基于應用的 DCI 盒特性會形成極大優勢。

就 FPGA 應用的開發而言，存在多種可用來加速功能性的由高級軟件定義的環境。它們包括 SDAccel?、SDNet? 與 SDSoC? 設計環境，統稱為 SDx。這些環境支持使用高層次綜合對 FPGA 應用進行開發。當與重配置加速棧 (Reconfigurable Acceleration Stack) 相結合時，開發人員就可以使用業界標準框架與庫集成數據中心。

圖 2 – SDx 開發環境

數據中心正在經歷顯著增長，并通過使用 DCI 這樣的技術使之間的互連變得越來越緊密。DCI 互連盒可提供互連功能與數據事務處理的安全保護功能，同時還可在 DCI 與數據中心功能與標準演進發展的同時支持路徑升級。

FPGA，例如賽靈思 UltraScale+ 系列，可提供靈活的高性能解決方案，并可使用 SDx 工具鏈加速該解決方案的開發，提供高級設計環境。