ExpEther یا «اکسپاتر» فناوری مجازیسازی سختافزار است که محدودیت فاصله و تعداد دستگاههای PCI Express را کنار میزند. این فناوری امکان میدهد هزاران دستگاه ریشه و پایانه روی یک شبکه اترنت واحد، در فاصلهای بیش از یک کیلومتر، مانند یک سامانه PCIe یکپارچه کار کنند.
مزیت مهم ExpEther این است که بسیاری از نرمافزارها و سختافزارهای رایج مبتنی بر PCIe بدون تغییر قابل استفادهاند. همچنین با پیکربندی نرمافزاری، میتوان یک سامانه محاسباتی تفکیکشده ساخت و منابع I/O را در سطح دستگاه مدیریت کرد.
در یک نگاه، ExpEther منطق سوئیچ PCI Express را از چارچوب سنتی سختافزاری بیرون میآورد و آن را روی بستر اترنت اجرا میکند.
نمای کلی
ExpEther معماری منحصربهفردی به نام «سوئیچ PCI Express روی اترنت» ایجاد میکند. در این معماری، بخشهای عملکردی یک سوئیچ PCIe روی شبکه اترنت توزیع میشوند، اما از نظر منطقی رفتاری مشابه سوئیچ استاندارد PCI Express دارند.
با بهرهگیری از اتصال اترنت، ExpEther میتواند تعداد پورتها را به بیش از ۱۰۰۰ عدد و فاصله کاری را به بیش از ۱۰۰۰ متر برساند. از دید سیستمعاملها، درایورها و نرمافزارها، اترنت شفاف است؛ بنابراین این فناوری با سیستمعاملها، درایورها، دستگاههای PCIe و سوئیچهای اترنت رایج بدون تغییر سازگار میشود.
این فناوری همچنین امکان کنترل ارتباط منطقی PCIe میان دستگاههای ریشه و پایانه را از راه دور و با نرمافزار مدیریت فراهم میکند. دستگاههای I/O را میتوان به شیوهای نرمافزارمحور متصل یا جدا کرد؛ فرایندی که از توالی استاندارد Hot-Plug در PCI Express پیروی میکند.
با افزودن یک دستگاه PCIe با قابلیت مشخص، میتوان سامانه محاسباتی را برای همان کاربرد ارتقا داد. برای نمونه، اگر برنامهای به پردازش گرافیکی یا ذخیرهسازی سریعتر نیاز داشته باشد، میتوان دستگاه مربوط را بدون بازنویسی کامل زیرساخت نرمافزاری به سامانه اضافه کرد.
از منظر ارتباط داده، ExpEther ارتباطی قابل اتکا روی اترنت استاندارد ایجاد میکند و از سازوکار کنترل ازدحام و ارتباط چندمسیره اختصاصی بهره میبرد. در نتیجه، عملیات DMA یا دسترسی مستقیم به حافظه میتواند مستقیماً روی اترنت انجام شود. این یعنی انتقال حجم زیاد داده با تأخیر کم و توان عملیاتی بالا، بدون وابستگی به پشته نرمافزاری TCP/IP.
مشخصات و شکلهای پیادهسازی
پیادهسازیهای ExpEther عمدتاً به صورت محصولاتی عرضه شدهاند که نقش پل ارتباطی میان PCIe و اترنت را ایفا میکنند. مهمترین شکلهای شناختهشده آن عبارتاند از:
- ExpEther Board (1G): کارت میزبان برای سرور و ایستگاه کاری.
- ExpEther I/O Expansion Box (1G): جعبه توسعه ورودی/خروجی که از طریق ExpEther متصل میشود.
- ExpEther Client: کلاینت سبک یا Thin Client بدون CPU که از طریق ExpEther به منابع متصل میشود.
- ExpEther Bridge Chip: تراشه پل برای پیادهسازی ارتباط PCIe روی اترنت.
تاریخچه ExpEther
- دسامبر ۲۰۰۶: ExpEther برای نخستینبار توسط گروه تحقیق و توسعه NEC بهعنوان فناوری مقیاسپذیری رایانه معرفی شد که PCI Express را روی اترنت مجازیسازی میکند.
- نوامبر ۲۰۰۸: کنسرسیوم ExpEther با هدف توسعه بازار این فناوری در حوزههای دانشگاهی و صنعتی شکل گرفت. ریاست آن بر عهده پروفسور Hideharu Amano از دانشگاه کیئو بود و تا ژوئیه ۲۰۱۷، ۲۶ سازمان عضو آن بودند.
- دسامبر ۲۰۰۸: یکی از پیادهسازیهای ExpEther در قالب کارت PCI Add-In توانست آزمون انطباق PCI-SIG و آزمونهای سازگاری متقابل را بگذراند و در فهرست مجتمعسازان قرار گیرد.
- پس از آن: شرکت Iventure که بعدها توسط Synopsys خریداری شد، کیت ارزیابی ExpEther را عرضه کرد.
- سال ۲۰۰۹: شرکت Nethra Imaging از توسعه ASIC مبتنی بر ExpEther خبر داد.
- سال ۲۰۰۹: روش QCN که پروفسور Balaji Prabhakar از دانشگاه استنفورد برای استاندارد IEEE 802.1Qau پیشنهاد کرده بود، با استفاده از کارت ExpEther در عمل آزمایش و تأیید شد.
- سال ۲۰۰۹: گزارشهای تحلیلی درباره ExpEther در Nikkei PC و Nikkei Network منتشر شد. همچنین عنوان «ExpEther» در فهرست اصطلاحات فنی منتخب ITPro قرار گرفت.
- مه ۲۰۱۲: تراشه ExpEther Bridge معرفی شد و محصولاتی مانند ExpEther Board، ExpEther I/O Expansion Box و ExpEther Client بر پایه آن عرضه شدند.
- سال ۲۰۱۲: نخستین سامانه رایانشی جهان که امکان بازپیکربندی با اتصال و جداسازی دستگاههای استاندارد PCIe مانند CPU سرور، ذخیرهساز و GPGPU را فراهم میکرد، در دانشگاه اوساکا مستقر شد و تا ژوئیه ۲۰۱۷ همچنان فعال بود.
- سال ۲۰۱۳: قابلیت اندازهگیری تأخیر انتهابهانتها در ExpEther بهعنوان ابزار پایش شبکه در SHOWNET رویداد Interop Tokyo ارائه شد.
- اکتبر ۲۰۱۳: نسخههای بهبودیافته ExpEther Board و ExpEther I/O Expansion Box با افزایش عملکرد انتقال از 2x1GE به 2x10GE عرضه شدند.
- دسامبر ۲۰۱۴: ExpEther I/O Expansion Box با قابلیت جدید اشتراکگذاری دستگاه سازگار با PCIe SR-IOV میان چند میزبان روی اترنت معرفی شد.
- فوریه ۲۰۱۶: ExpEther Board و ExpEther I/O Expansion Box با عملکرد انتقال ارتقایافته تا 2x40GE در ایالات متحده عرضه شدند. همزمان، Xilinx از همکاری برای توسعه آن خبر داد.
- همان دوره: چند سازنده سامانه در ایالات متحده محصولات ExpEther را بهصورت OEM عرضه کردند. همچنین NEC و IBM برای توسعه پلتفرم Service Acceleration Platform برای Power Systems با ExpEther همکاری کردند.
نقشه راه
تراشه ExpEther Bridge با جایگزینی لایه فیزیکی همگام با استانداردهای PCI Express و اترنت ارتقا مییابد. بنابراین انتظار میرود سرعت ارتباطی آن همزمان با رشد بازار PCI Express Gen 4 و اترنت 100G افزایش پیدا کند.
منابع
اترنت، PCI Express، PCI-SIG، IEEE 802.1Qau و مستندات معرفی ExpEther.