如何區分CPU 淺談寬帶路由器處理芯片

寬(kuan)(kuan)帶(dai)路由(you)器(qi)的性能(neng)和(he)檔次高低的標志，主要由(you)處(chu)理器(qi)、內存和(he)緩存來決定，寬(kuan)(kuan)帶(dai)路由(you)器(qi)的處(chu)理器(qi)同(tong)電腦主板(ban)、CPU等(deng)產品一樣(yang)，是寬(kuan)(kuan)帶(dai)路由(you)器(qi)最核心(xin)的器(qi)件。

隨著寬帶(dai)網絡(luo)的逐步普及，寬帶(dai)路由(you)(you)器已(yi)經得到越來越廣(guang)泛的應(ying)用。寬帶(dai)和(he)窄(zhai)帶(dai)比起來，最(zui)主要就是個(ge)“快”字，所以大家在選購寬帶(dai)路由(you)(you)器時，非(fei)常關心(xin)其性(xing)能怎么樣(yang)。寬帶(dai)路由(you)(you)器的性(xing)能和(he)檔次高低的標志(zhi)，主要由(you)(you)處理器、內存和(he)緩存來決(jue)定。

寬帶路由器(qi)的處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)同電腦(nao)主板、CPU等產品(pin)一(yi)樣(yang)，是(shi)寬帶路由器(qi)最核心(xin)的器(qi)件。處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)的好壞直接影響寬帶路由器(qi)的性(xing)能(neng)，處(chu)(chu)理(li)(li)能(neng)力差(cha)的處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)，寬帶路由器(qi)性(xing)能(neng)好不(bu)了，因此，在這里著重分析一(yi)下(xia)寬帶路由器(qi)所用處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)的芯片。

一、認識寬帶路由器的處理器

處(chu)理(li)器不分檔(dang)次高(gao)低(di)，都(dou)是寬帶路由(you)器的心臟(zang)。 一般來(lai)說(shuo)，處(chu)理(li)器主(zhu)(zhu)頻在100M或以(yi)下的屬于(yu)(yu)較低(di)主(zhu)(zhu)頻，100M-200M屬于(yu)(yu)中等主(zhu)(zhu)頻，200M以(yi)上的屬于(yu)(yu)較高(gao)主(zhu)(zhu)頻。

通常在中(zhong)低端寬(kuan)帶路(lu)由(you)器(qi)中(zhong)，處(chu)理器(qi)負責(ze)交換路(lu)由(you)信息、路(lu)由(you)表(biao)查(cha)找以及轉(zhuan)發數據包，處(chu)理器(qi)的(de)(de)能(neng)力(li)直接影(ying)響(xiang)路(lu)由(you)器(qi)的(de)(de)吞吐(tu)量(路(lu)由(you)表(biao)查(cha)找時(shi)間)和路(lu)由(you)計算能(neng)力(li)(影(ying)響(xiang)網絡路(lu)由(you)收斂時(shi)間)。

在(zai)高端寬帶路(lu)(lu)由器(qi)中，通常包轉發和查表(biao)由ASIC芯片完成，處(chu)理器(qi)只實(shi)現路(lu)(lu)由協議、計(ji)算路(lu)(lu)由以及分發路(lu)(lu)由表(biao)。由于技(ji)術的(de)發展，寬帶路(lu)(lu)由器(qi)的(de)處(chu)理器(qi)采用的(de)內核種類很(hen)多。

二、寬帶路由器的處理器芯片

處理器一般采用x86、ARM7、ARM9、MIPS、Intel Xscale等。80186、ARM7內核處理器是第(di)一代寬(kuan)帶路由(you)器的(de)典型配置，性能低，這樣的(de)寬(kuan)帶路由(you)器只適合普(pu)通家庭(ting)用戶(hu)，主流廠商均已(yi)不再使用。

ARM9和(he)MIPS內核處(chu)理(li)器(qi)(qi)是目(mu)前寬帶路由器(qi)(qi)主流配置，常見(jian)的(de)ARM9分普通型(xing)的(de)920T/922T/940T和(he)增強(qiang)型(xing)的(de)926E/946E/966E，而(er)MIPS分2K、3K、4K系列，不同(tong)型(xing)號(hao)的(de)處(chu)理(li)器(qi)(qi)性(xing)能會(hui)有較大差異。Intel Xscale內核處(chu)理(li)器(qi)(qi)是高(gao)(gao)級(ji)網絡處(chu)理(li)器(qi)(qi)，用于(yu)高(gao)(gao)端產品(pin)。一般處(chu)理(li)器(qi)(qi)都(dou)是單處(chu)理(li)器(qi)(qi)，采(cai)用多處(chu)理(li)器(qi)(qi)分布式處(chu)理(li)的(de)是高(gao)(gao)級(ji)處(chu)理(li)器(qi)(qi)，性(xing)能高(gao)(gao)。

1. ARM

ARM是(shi)(shi)一(yi)家既不(bu)生產(chan)也不(bu)銷售芯片的(de)公司，是(shi)(shi)英(ying)國一(yi)家電(dian)(dian)子(zi)公司的(de)名字，全名是(shi)(shi)Advanced RISC Machine，成立(li)于1990年11月(yue)，是(shi)(shi)蘋果(guo)電(dian)(dian)腦(nao)(nao)，Acorn電(dian)(dian)腦(nao)(nao)集團和(he)VLSI Technology的(de)合資企業。Acorn曾推出世界上首(shou)個商用單芯片RISC處理(li)器(qi)，而蘋果(guo)電(dian)(dian)腦(nao)(nao)當時希望將RISC技術(shu)應(ying)用于自身系(xi)統，ARM微處理(li)器(qi)新標準(zhun)因(yin)此(ci)應(ying)運而生。

它設(she)計(ji)了(le)大量(liang)高(gao)性能、廉價、耗(hao)能低(di)的RISC處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)、相關技(ji)術(shu)(shu)及軟件。該技(ji)術(shu)(shu)具有性能高(gao)、成(cheng)本低(di)和能耗(hao)省的特點。它通過出售芯片技(ji)術(shu)(shu)授(shou)權，建立起新型的微處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)設(she)計(ji)、生產和銷(xiao)售商業(ye)(ye)模式。這種商業(ye)(ye)模式取得(de)極大的成(cheng)功，采用(yong)ARM技(ji)術(shu)(shu)IP核的微處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)遍(bian)及各類電子產品:汽車、消費(fei)電子、成(cheng)像、工業(ye)(ye)控制、海量(liang)存儲、網絡、安保和無(wu)線等市(shi)場，ARM技(ji)術(shu)(shu)幾乎無(wu)處(chu)不在，ARM的16/32位(wei)嵌入式處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)技(ji)術(shu)(shu)是世界上應用(yong)最為(wei)普遍(bian)的微處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)結構。

微處(chu)理器(qi)是ARM技(ji)術(shu)的重(zhong)中之重(zhong)，目(mu)前面(mian)向市(shi)場的有:

ARM710系列(lie)，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和(he)ARM740T:低價、低能(neng)耗(hao)、封裝式常規系統微(wei)型處理器，配有高速(su)緩(huan)存(cun)(Cache)、內存(cun)管理、寫緩(huan)沖和(he)JTAG。廣(guang)泛(fan)應用(yong)于手(shou)持式計算、數(shu)據通(tong)信和(he)消(xiao)費(fei)類(lei)多(duo)媒體。

ARM940T、920T系列:低價(jia)、低能耗、高性能系統(tong)微處理器，配有Cache、內(nei)存管理和(he)寫(xie)緩沖。應(ying)用(yong)于高級引(yin)擎管理、保安系統(tong)、頂置盒(he)、便攜計算機(ji)和(he)高檔打(da)印機(ji)。

StrongARM:性能很高、同時滿(man)足常規應用(yong)需要的一(yi)種微處(chu)理(li)器(qi)技術，與DEC聯合研制，后來授(shou)權給Intel。SA110處(chu)理(li)器(qi)、SA1100 PDA系統(tong)芯(xin)(xin)片(pian)和SA1500多媒體處(chu)理(li)器(qi)芯(xin)(xin)片(pian)均采用(yong)了(le)這一(yi)技術。

ARM7500和ARM7500FE:高度集(ji)成的單(dan)(dan)芯片RISC計(ji)(ji)算(suan)機，基(ji)于一個(ge)緩存式ARM7 32位內核(he)，擁有內存和I/O控制(zhi)器、3個(ge)DMA通(tong)道、片上(shang)視頻控制(zhi)器和調(diao)色板(ban)以(yi)及(ji)(ji)立體聲端口;ARM7500FE則增加了一個(ge)浮點運(yun)算(suan)單(dan)(dan)元以(yi)及(ji)(ji)對EDO DRAM的支持(chi)。特別適合電(dian)視頂置(zhi)盒和網絡計(ji)(ji)算(suan)機(NC)。

唯一(yi)沒有(you)購(gou)買ARM授權的是(shi)(shi)Intel的老對(dui)頭AMD，因為Intel便攜(xie)式處理器采(cai)用(yong)(yong)的是(shi)(shi)StrongARM，而AMD則收購(gou)了Alchemy公(gong)司(si)與之抗衡，采(cai)用(yong)(yong)的是(shi)(shi)MIPS結構。

2. MIPS

MIPS技術(shu)公(gong)司(si)是一家設計制造高(gao)性能、高(gao)檔次(ci)及嵌入式(shi)32位和64位處理器(qi)的(de)廠商(shang)，在RISC處理器(qi)方面占有重要地(di)位。1984年(nian)，MIPS計算機公(gong)司(si)成(cheng)(cheng)立。1992年(nian)，SGI收購了(le)MIPS計算機公(gong)司(si)。1998年(nian)，MIPS脫離SGI，成(cheng)(cheng)為(wei)MIPS技術(shu)公(gong)司(si)。

MIPS公司設計RISC處(chu)(chu)理器始于(yu)(yu)二(er)十(shi)世紀八十(shi)年(nian)(nian)代初，1986年(nian)(nian)推出(chu)(chu)R2000處(chu)(chu)理器，1988年(nian)(nian)推R3000處(chu)(chu)理器，1991年(nian)(nian)推出(chu)(chu)第一款64位商用微(wei)處(chu)(chu)器R4000。之后又陸續推出(chu)(chu)R8000(于(yu)(yu)1994年(nian)(nian))、R10000(于(yu)(yu)1996年(nian)(nian))和(he)R12000(于(yu)(yu)1997年(nian)(nian))等型號。

隨后，MIPS公司(si)的戰略(lve)發生變(bian)化，把重點放在嵌入式系統。1999年，MIPS公司(si)發布MIPS32和(he)MIPS64架構(gou)標準，為(wei)未來MIPS處(chu)理器的開發奠定了(le)基礎。新的架構(gou)集(ji)(ji)成了(le)所有原來NIPS指令集(ji)(ji)，并且增(zeng)加(jia)了(le)許多更強大的功能。

MIPS公司陸續開發(fa)了高(gao)(gao)性能、低功耗(hao)的32位處理(li)(li)(li)器內(nei)核(he)(core)MIPS324Kc與(yu)高(gao)(gao)性能64位處理(li)(li)(li)器內(nei)核(he)MIPS64 5Kc。2000年(nian)，MIPS公司發(fa)布(bu)了針對MIPS32 4Kc的版本以(yi)及64位MIPS 64 20Kc處理(li)(li)(li)器內(nei)核(he)。如(ru)TL-R490寬帶路由器就是(shi)采用MIPS 4K內(nei)核(he)處理(li)(li)(li)器。

3. Intel Xscale

Intel的(de)(de)XScale RISC處(chu)理器(qi)源(yuan)于(yu)獲得(de)很大成(cheng)功(gong)的(de)(de)ARM處(chu)理器(qi)(Advanced RISC Machines公(gong)司開(kai)(kai)發(fa))，在架構擴展的(de)(de)基礎上(shang)也保留了對以(yi)往產(chan)品(pin)(主要(yao)指軟件產(chan)品(pin))的(de)(de)向下兼(jian)容(rong)性。在ARM推出一款時(shi)間之后，DEC獲得(de)了許可并開(kai)(kai)發(fa)出他們(men)自(zi)(zi)己的(de)(de)高級(ji)版StrongARM。DEC和康柏(bo)合并后，StrongARM核心被Intel買走，開(kai)(kai)發(fa)出了自(zi)(zi)己的(de)(de)兼(jian)容(rong)產(chan)品(pin)Xscale。

這款產(chan)品功耗更(geng)低，系(xi)統伸縮性更(geng)好，同(tong)(tong)時(shi)核心頻(pin)率也得到了(le)提高(gao)，目前400MHz的(de)產(chan)品已經進(jin)入市場，而600、800Mhz的(de)Xscale處(chu)理器(qi)也將很快(kuai)面世。同(tong)(tong)時(shi)，這種(zhong)處(chu)理器(qi)還支持高(gao)效通訊(xun)指令，可以(yi)和同(tong)(tong)樣架構處(chu)理器(qi)之間達到高(gao)速傳輸。

其中(zhong)一個(ge)主要(yao)的(de)擴(kuo)展就是無線MMX，這是一種64位的(de)SIMD指令集(ji)(ji)，在新款的(de)Xscale處(chu)(chu)理器(qi)中(zhong)集(ji)(ji)成有(you)SIMD協處(chu)(chu)理器(qi)。這些指令集(ji)(ji)可以有(you)效的(de)加(jia)快視頻(pin)(pin)、3D圖(tu)像、音頻(pin)(pin)以及其他SIMD傳統元素(su)處(chu)(chu)理。

三、處理器并非唯一的性能體現

寬(kuan)帶(dai)(dai)路由(you)(you)(you)(you)器(qi)的(de)處理器(qi)只(zhi)是寬(kuan)帶(dai)(dai)路由(you)(you)(you)(you)器(qi)的(de)一個部件(jian)(jian)，特別之處只(zhi)在于它是最(zui)核心的(de)器(qi)件(jian)(jian)。寬(kuan)帶(dai)(dai)路由(you)(you)(you)(you)器(qi)的(de)處理器(qi)性(xing)能(neng)(neng)并不能(neng)(neng)完全(quan)反映路由(you)(you)(you)(you)器(qi)性(xing)能(neng)(neng)。寬(kuan)帶(dai)(dai)路由(you)(you)(you)(you)器(qi)性(xing)能(neng)(neng)由(you)(you)(you)(you)路由(you)(you)(you)(you)器(qi)吞吐量(liang)、時(shi)延和路由(you)(you)(you)(you)計算能(neng)(neng)力等指標體(ti)現。

寬帶路由(you)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)處(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)用得(de)差路由(you)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)性(xing)(xing)能(neng)好不(bu)了(le)，但反過來處(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)好了(le)路由(you)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)性(xing)(xing)能(neng)卻不(bu)一定好。處(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)主頻(pin)只是(shi)(shi)處(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)一個性(xing)(xing)能(neng)指標(biao)，要知道處(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)性(xing)(xing)能(neng)，還必(bi)須了(le)解其總線寬度(16位還是(shi)(shi)32位)、Cache容量(liang)和結構、內部總線結構、是(shi)(shi)單CPU還是(shi)(shi)多CPU分布式(shi)處(chu)(chu)(chu)理(li)、運算模(mo)式(shi)等等，這些都會(hui)極大地影響處(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)性(xing)(xing)能(neng)。

這(zhe)顆芯如此(ci)重要，但都是外(wai)國的，而我國的第一枚(mei)通訊領(ling)域高(gao)(gao)端路由交(jiao)換核(he)心芯片——“華(hua)夏網(wang)芯”現在也出世了。據(ju)悉，“華(hua)夏網(wang)芯”擁有完全(quan)自主知識(shi)產權，此(ci)高(gao)(gao)新領(ling)域沒有“中國芯”的歷史自此(ci)宣告(gao)結(jie)束。