处理器史话 | 小范围受众的专业处理器在生活中起到哪些作用？

时间：01-18 来源：3721RD 点击：

专用型CPU是指那些为了某种特定的应用而设计的并为这些特殊应用而将内部体系结构与指令集作了专门优化的CPU，如用于多媒体应用的媒体CPU（Media Processor，MP），用于路由器等网络通讯产品的网络CPU（Network Processor，NP），及用于网络安全保障，数据加密解密的安防CPU（Security CPU），用于用来完成某种信号处理任务的处理器 (Digital Signal Processor，DSPs)等。这类CPU的特点是历史短，发展快，变化多，受专利保护、操作系统的限制少。其技术层次属于中高档，并非尖端，可用主流半导体工艺制成。

1. NP
网络处理器(Network Processor，简称NP)，根据国际网络处理器会议(Network Processors Conference)的定义：网络处理器是一种可编程器件，它特定的应用于通信领域的各种任务，比如包处理、协议分析、路由查找、声音/数据的汇聚、防火墙、QoS等。

NP是专门为处理数据包而设计的可编程处理器，能够直接完成网络数据处理的一般性任务。器件内部通常由若干个微码处理器和若干硬件协处理器组成，多个微码处理器在网络处理器内部并行处理，通过预先编制的微码来控制处理流程。而对于一些复杂的标准操作(如内存操作、路由表查找算法、QoS的拥塞控制算法、流量调度算法等)则采用硬件协处理器来进一步提高处理性能，从而实现了业务灵活性和高性能的有机结合。

(1) NP的优点
作为网络处理器，相对于X86架构和ASIC(专用集成电路)，NP具有如下的优势，详见NP的优势对比表。

NP在架构上的优势对比表

架构名称	对比架构的特点	NP的优势
X86架构	基于X86架构的防火墙，由于CPU处理能力和PCI总线速度的制约。在实际应用中，尤其在小包情况下，这种结构的千兆防火墙远远达不到千兆的转发速度，难以满足千兆骨干网络的应用要求。	采用NP架构的防火墙，各种算法可以通过硬件实现。在实现复杂的拥塞管理、队列调度、流分类和QoS功能的前提下，还可以达到极高的查找、转发性能，实现"硬转发"。
ASIC	纯硬件的ASIC防火墙缺乏可编程性，这使得它缺乏灵活性从而跟不上防火墙功能的快速发展。虽然现代的ASIC技术提高了可编程性，但从开发难度、开发成本和开发周期方面看，仍然困难重重。	NP完全支持编程，编程模式简单，一旦有新的技术或者需求出现，可以很方便地通过微码编程进行实现。提供了更快的技术、功能跟进和更加灵活的扩展能力，特别是在新规格、新标准的支持上

NP的硬件体系结构大多采用高速的接口技术和总线规范，具有较高的I/O能力，包处理能力得到了很大提升，一般具有以下特点：

Intel NP芯片FWIXP422BB实物图

NP的特点信息表

特点概述	详情
并行处理器	采用多内核并行处理器结构。片内处理器按任务大致分为核心处理器和转发引擎。
专用硬件协处理器	对要求高速处理的通用功能模块采用专用硬件实现以提高系统性能。
专用指令集	转发引擎通常采用专用的精简指令集，并针对网络协议处理特点优化。
分级存储器组织	一般包含多种不同性能的存储结构，对数据进行分类存储以适应不同的应用目的。
高速I/O接口	具有丰富的高速I/O接口，包括物理链路接口、交换接口、存储器接口、PCI总线接口等。通过内部高速总线连接在一起，提供很强的硬件并行处理能力。
可扩展性	多个NP之间还可以互连，构成网络处理器簇，以支持更为大型高速的网络处理。

从网络处理器以上特点可以看出，与通用处理器相比，网络处理器在网络分组数据处理上具有明显的优势。

(2) 主要分类
目前，NP芯片都是由国外厂商设计制造的，从体系结构上主要分为两大类：

Intel 的IXP系列产品
一类是以Intel 的IXP系列产品为代表，分为控制和处理（或称数据）两个平面。如Intel公司的IXP1200，控制平面是一个ARM CORE，负责维护系统信息和协调处理部分工作，处理平面由多个微引擎（Micro Engine）和其他专用硬件组成，负责利用控制平面下发的微代码和命令，直接处理网络数据。

这类产品在对数据包进

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