匯爾科技IEC-516P測試分析

在本系列第三篇連載內(nèi)容中，我們曾經(jīng)提到協(xié)助北京市某學(xué)校信息中心的老師們進(jìn)行過一次選型測試。當(dāng)時，該校供應(yīng)商提供了一款基于Atom N270的網(wǎng)絡(luò)通信硬件平臺，在部署為流控服務(wù)的情況下達(dá)到小包接近900Mbps、大包超過2Gbps的處理能力（使用4個英特爾82574L提供的千兆接口進(jìn)行測試）。而本次我們的測試對象，是匯爾科技提供的一款基于Atom D525的網(wǎng)絡(luò)通信硬件平臺。與N270相比，D525平臺處理器主頻更高、計算能力更強(qiáng)，成本卻沒有太多增加，已成為時下低端領(lǐng)域最主流的選擇。

架構(gòu)精簡 配置合理

IEC-516P采用1U規(guī)格設(shè)計，前面板提供了6個千兆電口（其中兩組支持硬件ByPass）、兩個USB 2.0接口和一個DB9或RJ45形態(tài)的串口。該產(chǎn)品采用了英特爾Atom平臺，基于45nm的Atom D525處理器，隸屬于PineTrail架構(gòu)。比起第一代Atom平臺，PineTrail從三芯片改進(jìn)為雙芯片設(shè)計，在CPU中集成了北橋芯片的部分功能。Atom D525處理器主頻為1.80GHz，采用雙核四線程設(shè)計，集成2 x 512KB L2 Cache，提供了不錯的處理能力。其實Atom處理器內(nèi)核采用的順序執(zhí)行機(jī)制對于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)處理來說并不太合適，雙核四線程的D525處理器比起上一代單核雙線程的N270會有更大的優(yōu)勢。D525處理器還內(nèi)置了內(nèi)存控制器，支持單通道的DDR3-800或DDR2-800內(nèi)存，最大容量可達(dá)4GB。IEC-516P提供了兩條DDR3 SO-DIMM插槽，送測樣機(jī)配備了1條1GB的DDR3內(nèi)存。

按照英特爾PineTrail平臺的規(guī)劃，D525應(yīng)該搭配NM10芯片使用，然而NM10僅提供4個PCIe Lanes，限制了通信產(chǎn)品的整體處理能力和部署的靈活性。所以在嵌入式產(chǎn)品線中，英特爾給出了D525與ICH8M的推薦配置。ICH8M可以提供6個PCIe Lanes，以及PCI、IDE、SATA等豐富周邊I/O接口。和上一代產(chǎn)品ICH7相比，ICH8比較明顯的區(qū)別是它支持PCIe v1.1，因此可以支持包括MSI-X在內(nèi)的一系列新特性。而和面向桌面應(yīng)用的ICH8相比，面向低功耗移動應(yīng)用的ICH8M將支持的SATA端口數(shù)減少到3個，功耗也有所降低。其實ICH8M內(nèi)部還整合了1個千兆網(wǎng)絡(luò)控制器的MAC部分，但其性能無法滿足壓力較大的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)處理，所以包括IEC-516P在內(nèi)的許多網(wǎng)絡(luò)通信硬件平臺都對其進(jìn)行了屏蔽處理，轉(zhuǎn)而使用功能、性能更強(qiáng)的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)控制器。

IEC-516P通過ICH8M南橋的6個PCIe v1.1信道分別連接到6顆82574L芯片。82574L是沿用已久的嵌入式/服務(wù)器千兆以太網(wǎng)控制器，支持兩個TX/RX隊列和兩個RSS隊列，是一個成熟穩(wěn)定、性能尚佳的產(chǎn)品。該芯片使用PCIe v1.1 x1接口，能支持MSI-X等技術(shù)，在規(guī)格上正好與ICH8M相匹配。ICH8M和Atom D525通過DMI總線連接，實際上就是一個x4的PCIe總線，其單向信號速率/雙向信號速率為10Gbps/20Gbps，數(shù)據(jù)速率則為8Gbps/16Gbps。

在機(jī)箱內(nèi)部，IEC-516P為TDP并不高的Atom D525配備了一個小風(fēng)扇，并將其安置在機(jī)箱出風(fēng)口的兩個風(fēng)扇附近，因此散熱方面完全不成問題。由于整機(jī)功耗較低，該產(chǎn)品使用1個180W功率的電源為系統(tǒng)供電，整機(jī)功耗不會高于100W，因此180W已經(jīng)綽綽有余。可靠性方面，IEC-516P內(nèi)置了支持可編程控制的WatchDog，完善了x86平臺的監(jiān)控機(jī)制。存儲方面，主板上提供了1個IDE接口和3個SATA接口，可以使用DOM、CF及其他常見的存儲介質(zhì)。送測樣機(jī)配備了CF接口、IDE界面的1GB DOM，用于安裝NCPBench。此外，主板邊緣還設(shè)計有1個PCI插槽和1個PCIe x1接口的金手指，提供了符合產(chǎn)品定位的擴(kuò)展性。

性能卓越 低端通吃

考慮到性能數(shù)據(jù)的可比性，我們依舊使用了NCPBench 0.8對IEC-516P進(jìn)行測試。按照該軟件設(shè)定的評估方法，我們將每兩個相鄰接口配置為橋模式，分別多次考察了1組、2組、3組橋時的整體轉(zhuǎn)發(fā)性能，取得穩(wěn)定后的性能數(shù)據(jù)（NCPBench的功能介紹和使用方法見本報今年第16/17期51版）。由于IEC-516P只提供了6個千兆接口且不可擴(kuò)展，在測試3組橋性能時，我們直接將顯示器、鍵盤鼠標(biāo)插在主板上引出的接口上進(jìn)行操作。

從測試結(jié)果中可以看出，當(dāng)NCPBench運(yùn)行在轉(zhuǎn)發(fā)模式時，IEC-516P的64Byte幀整機(jī)最大轉(zhuǎn)發(fā)速率超過3.6Mpps，吞吐量達(dá)到2.42Gbps；采用1518Byte幀進(jìn)行測試時，整機(jī)的最大轉(zhuǎn)發(fā)速率為0.31Mpps，吞吐量達(dá)到3.76Gbps。由此可見，Atom平臺雖然在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域被英特爾定位為低端嵌入式解決方案，卻也有著不小的潛力。能在純轉(zhuǎn)發(fā)情況下達(dá)到這樣的性能，也就意味著D525平臺在運(yùn)行一般的防火墻業(yè)務(wù)時，可以滿足高端百兆乃至低端千兆產(chǎn)品的設(shè)計需求。或許，我們印象中“低端產(chǎn)品”的概念需要更新了。

通過挖掘，我們還能從有限的測試數(shù)據(jù)中捕捉到更多的信息。在1組橋和2組橋的測試中，除了前者在1280Byte、1518Byte時達(dá)到100%的極限值外，64Byte-1024Byte幀長有著基本相同的百分比數(shù)據(jù)（藍(lán)色部分）。當(dāng)我們將其轉(zhuǎn)化為以帶寬和pps為單位的數(shù)值時，可以看到2組橋時的處理能力基本是1組橋時的兩倍，呈線性增長的關(guān)系。而在3組橋的測試中，64Byte-1024Byte幀長時的吞吐量數(shù)據(jù)并不存在這一規(guī)律，反倒是在1280Byte和1518Byte兩種幀長時，3組橋的性能與2組橋基本保持一致，整體轉(zhuǎn)發(fā)能力均為3.7Gbps左右（紅色部分）。

要弄清造成這種情況的原因，我們必須深入了解D525平臺做數(shù)據(jù)包純轉(zhuǎn)發(fā)時的業(yè)務(wù)流程。以IEC-516P為例，D525處理器通過4x DMI通道連接到ICH8M，后者再通過6條PCIe v1.1 1x通道連接板載的6顆英特爾82574L千兆以太網(wǎng)控制器。通常在進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)操作時，網(wǎng)絡(luò)控制器先發(fā)起DMA請求，將接收緩存中的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)絻?nèi)存；CPU經(jīng)過軟件處理定位到目的網(wǎng)絡(luò)控制器，通過DMA引擎將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿陌l(fā)送緩存中，或是讓網(wǎng)絡(luò)控制器自行將數(shù)據(jù)從內(nèi)存中取走（82574L整合了DMA引擎）。這是一個邏輯上簡單、實現(xiàn)起來復(fù)雜的流程（如果要達(dá)到高性能），內(nèi)存子系統(tǒng)、DMA引擎、DMI、ICH8M、PCIe 1x通道、82574L和軟件、驅(qū)動程序都有可能成為影響整體性能的因素。

再回到我們剛才注意到的兩個情況，既然1組橋和2組橋時，64Byte-1024Byte在帶寬和pps測試結(jié)果上呈線性增長，說明瓶頸不在內(nèi)存子系統(tǒng)、DMA引擎和DMI。而我們在測試其他更高規(guī)格的平臺時，基于82574L也得到過更高的性能數(shù)據(jù)，說明這款網(wǎng)絡(luò)控制器和PCIe v1.1 1x通道也不是瓶頸。只有在進(jìn)行3組橋的64Byte-1024Byte幀長測試時，得到的數(shù)據(jù)才有可能是系統(tǒng)整體的極限。而2組橋與3組橋在1280Byte、1518Byte幀長測試中表現(xiàn)出來基本一樣的吞吐量數(shù)值，顯然是在帶寬方面遇到了瓶頸，但可能與DMA引擎、ICH8M、PCIe v1.1 1x通道和82574L關(guān)系不大。我們暫時無法再對性能短板做更加精準(zhǔn)的定位，不過從完整的測試數(shù)據(jù)來看，DMI、內(nèi)存控制器與軟件處理邏輯有可能是造成D525平臺整體性能瓶頸的關(guān)鍵因素。

無論如何，目前D525平臺在NCPBench的駕馭下，已經(jīng)有著十分優(yōu)秀的性能表現(xiàn)。隨著廠商研發(fā)的繼續(xù)深入和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，該平臺的性能一定會得到更充分的挖掘，在低端網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。（產(chǎn)品信息：http://www.holl.cn/product/gb/productshow.asp?id=289）