ルネサスのネットワーク検索LSIのリファレンスデザイン
ルネサスのネットワーク検索LSIのリファレンスデザイン構成
ルネサス エレクトロニクス株式会社（代表取締役社長兼CEO:呉 文精、以下ルネサス）は、このたび、高速化・多様化する基幹通信分野のルータ・スイッチ向けに、通信業界最速クラスの400Gbps（ギガビット/秒）通信機器の開発期間を10ヶ月以上（注1）短縮可能にするネットワーク検索エンジンLSI(注2)のリファレンスデザインを提供開始しました。ASICやネットワークプロセッサのような専用LSIで構成する従来の400Gbpsネットワーク通信処理システムとは異なり、ユーザの独自機能を容易に組み込めるように、本リファレンスデザインは、ネットワーク検索エンジンLSI搭載評価ボードと、検索LSI制御IPが実装できるFPGAを利用した構成としています。このリファレンスデザインを利用することにより、ユーザはエンドポイントでの動画トラフィックなどの体感速度を向上させる400Gbpsシステムを早期に市場投入することができます。
今回提供するリファレンスデザインには、高速パケット検索のできるルネサスのネットワーク検索エンジンLSI「R8A20686BG」を搭載した評価ボードと、ユーザがシステム開発時に参照できるリファレンスデータのみでなく、通常では開発に時間のかかる「検索LSI制御IP」と「制御ソフトウェア」も含んでいます。特長としては、（1）リファレンスデザインの提供により、ユーザはネットワーク検索エンジンLSIとFPGAの接続が検証されたボード環境、リファレンスデータ、および制御IPや制御ソフトウェアを利用することができ、400Gbps通信処理システムの開発期間を10ヶ月以上短縮させることが可能になります。（2）今回新たに開発した「検索LSI制御IP」により、ユーザはデバイス仕様に精通することなく1秒間に最大20億回データ処理（パケット検索）できるネットワーク検索エンジンLSIの性能を最大級に利用でき、400Gbps通信を容易に実現することができます。（3）同時提供の「制御ソフトウェア」により、ユーザは検索仕様の設定・変更をシステムプログラム上から実行でき、システムのハードウェア構成を意識せずに400Gbps通信の様々なアプリケーションに効率良く対応することができます。
近年、IoT端末の増加やクラウドの普及により大量のネットワークパケット処理の必要性が高まってきており、特に基幹通信においてはそのパケットが集中するため、その通信インフラへ400Gbpsクラス機器の普及が必要になってきています。また一方で、エンドポイント側のアプリケーションの多様化により、オンデマンドで変化するネットワークトラフィック量などに対してもシステムは柔軟に対応し、ネットワークの効率化を図るためにその仕様を自在に変更できることも要求されてきています。そこで、ルネサスはネットワーク検索エンジンLSIをFPGA上で効率的に制御するための「検索LSI制御IP」と、検索テーブル数やテーブルサイズなどの検索仕様をリアルタイムに設定・変更することができる「制御ソフトウェア」を開発し、評価ボードなどの開発環境と合わせてリファレンスデザインとして提供開始します。これにより、最大20億回／秒という高速パケット検索性能を持つルネサスのネットワーク検索エンジンと、高いフレキシビリティを持つザイリンクス社のSDNet®開発環境によるパケットプロセッシング技術とを組み合わせて、高速400Gbps通信機器をFPGAで容易に実現できるようになりました。
ザイリンクス社のコミュニケーションビジネス担当ディレクターである、ジル ガルシア（Gilles Garcia）氏は次のように述べています。「ルネサスとザイリンクス両社は、緊密に連携し卓越した技術力を用いて顧客の課題を解決するために、ハードウェア/ソフトウェア/IPを全て含むソリューションを提供することが出来ました。開発期間の短縮は早期収益化のために極めて重要であり、このリファレンスデザインによってその目的を達成することができるでしょう」
このネットワーク検索エンジンLSIのリファレンスデザインの特長は以下の通りです。
（1）リファレンスデザインの提供により、400Gbps通信処理システムの開発期間を10ヶ月以上短縮可能
今回提供するリファレンスデザインには、ザイリンクス社のVirtex® Ultrascale™ XCVU190-2FLGC2104E FPGA搭載「VCU110」評価ボードにFMCコネクタを介して直接接続できるルネサスのネットワーク検索エンジンLSI搭載ボード、同LSIやSDNet®開発環境などを接続してボードレベルで動作確認が完了しているリファレンスデータ、および検索LSI制御IPや制御ソフトウェアなどを包含。ユーザは、通常では時間のかかるネットワーク検索エンジンLSIの制御回路の開発、およびSDNet®開発環境やその他の部品と組み合せてボード上で動作確認するなどの一連の開発の手間を省くことができ、400Gbps通信処理システムの開発期間を10ヶ月以上（注1）短縮させることが可能。
標準的な通信機能を実現するシステム機器開発の場合、1年以内での開発完了を期待できる。
（2）検索LSI制御IPにより20億回／秒の高速パケット検索性能を利用でき、400Gbps通信の実現を容易化
今回開発した検索LSI制御ＩＰは、FPGA内部に最大8個までの検索リクエストポートを設けることができ、各ポートからのリクエストを並列処理することが可能。この検索LSI制御IPをFPGAに搭載することにより、ユーザはネットワーク検索エンジンLSIのデバイス仕様に精通することなく、同LSIの性能を最大級に発揮させることが可能となり、400Gbpsクラスの通信機器に必要となる最大20億回／秒のパケット検索や、最大100万エントリーの多様な検索テーブルなどをFPGAから利用可能。これにより、400Gbps通信を実現する複数の100Gbps超のイーサネットポートからの検索処理や、パイプラインパケットプロセッシング（注3）の際の複数検索処理などの構築を容易化。
（3）制御ソフトウェアにより、システムハードウェア構成を意識せずに様々なアプリケーションに対応
同時に開発した制御ソフトウェアにより、ユーザは最大32個の独立した検索テーブル、最大640ビットまでの任意の検索長、および最大100万エントリーのテーブルサイズをネットワーク検索エンジンLSI上に容易に構築可能。これらは全てライブトラフィック中にシステムレベルで構築・更新・削除することができ、トラフィック要求に応じてリアルタイムに検索仕様を変更可能。この制御ソフトウェアを使用すれば、ユーザはシステムのハードウェア構成を意識することなく検索機能を可変にでき、その機能を様々なアプリケーションに効率良く対応。そのため、このネットワーク検索エンジンLSIのシステムを400GbクラスのSDN/SDI（Software Defined Network/Infrastructure）（注4）における負荷分散処理システムとして利用することも可能。
ルネサスは、この400Gbps クラスの高速ネットワーク機器に向けたソリューションの他に、LLDRAM-IIIメモリとFPGAを用いたDRAMベースでの100Gbps検索ソリューション（注5）や同じネットワーク検索エンジンLSIを用いた200Gbps検索ソリューション（注6）も提供しており、ネットワークの個々の要求に応じてスケーラブルで最適な検索ソリューションを提供します。急速に発展しているネットワーク技術の進化に最適な検索ソリューションを提供することでICTの発展に貢献してまいります。
ネットワーク検索エンジンの製品情報は、https://www.renesas.com/ja/products/memory/application-specific-memory/network-search-engine.html をご覧ください。
パケットヘッダ検索ソリューション(200-400G)の製品情報は、https://www.renesas.com/ja/solutions/network-infrastructure/data-center/packet-header-search-solution-400.html をご覧ください。
以 上
（注1）10ヶ月とは、評価ボードや検索LSI制御IP、制御ソフトウェアの開発にかかる時間のことで、当社試算で5名×10ヶ月程度の削減に相当する見込み。
（注2）ネットワーク検索エンジンLSIとは、動画配信やメールなどのパケットの行き先をハードウェアベースで高速検索したり、ネットワークサービスの優先制御やアクセス制御などをハードウェアで行うことを特長とするLSI。
（注3）パイプラインパケットプロセッシングとは、命令の処理の各工程を流れ作業のように効率よく実行するプロセッシング方式。
（注4）SDN/SDI（Software Defined Network/Infrastructure）とは、従来のネットワーク又はインフラストラクチャを抽象化・仮想化し、ソフトウェアによって定義・制御可能にする環境のこと
（注5）LLDRAM-IIIメモリとFPGAを用いたDRAMベースでの100Gbps検索ソリューション
https://www.renesas.com/ja/about/press-center/news/2016/news20160630.html
（注6）ネットワーク検索エンジンLSIを用いた200Gbps検索ソリューション
https://www.renesas.com/ja/about/press-center/news/2015/news20150427.html
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