思享家 | Silicon One “带飞”元宇宙

作者：蒋星

思科解决方案架构师

是一个介绍如何利用思科先进技术解决客户难题的栏目。每期聚焦一个技术热点或应用场景，邀请资深思科技术专家深入浅出地介绍，为读者提供实用性强的建议。

元宇宙无疑是2021年最热的概念。数不清的机构和专家虽然都对元宇宙的内涵和外延做了不同的解读，但似乎多数人在以下两点取得了共识：

共识一：元宇宙依赖六大核心技术。

区块链。保证用户虚拟资产和虚拟身份的安全，实现元宇宙的价值交换，保证系统规则的透明实施。

交互技术。包括VR、AR、脑机交互、全息影像等技术，为元宇宙提供了沉浸式虚拟现实体验。

游戏。这是元宇宙目前主要的应用。

人工智能。AI技术几乎存在于元宇宙的每个环节，可以根据每个人的喜好定制内容或体验，管理个人在虚拟世界的事务。

网络及其运算技术。包括各种算法、云计算、边缘计算、实时传输网络等。它们是元宇宙的基础。

物联网。物联网技术把物理世界和虚拟世界连接起来，将人在真实世界中的五感延伸到虚拟世界。

共识二：我们目前还在元宇宙的初级阶段探索

距离实现元宇宙还有很长的路要走。

这一共识应该不难得出，因为对照上面的六大核心技术，我们会发现每项技术既面临数不清的个性化障碍，又被一些共同的难题制约，比如交互技术、机器学习都需要低延时的网络；人工智能，尤其是图像和视频学习，也需要超大规模数据中心的服务器集群以及超高带宽数据中心网络；联网设备呈指数级增长后，亟需超大网络路由表项……所有需求都指向了元宇宙的基础设施——网络。

作为元宇宙的核心推动者，Meta（原 Facebook）也意识到了消除网络瓶颈关乎元宇宙的成败。因此Meta 与思科联合开发了基于Silicon One 12.8Tbps Q200L芯片的下一代 Wedge400C 架顶式（TOR）交换机，该交换机采用了Meta自研网络操作系统，通过开放的SAI接口实现开放解耦，利用该交换机来设计的下一代400G 高性能数据中心将为各种元宇宙技术的齐头发展奠定基础。

那么Meta为什么对思科的Silicon One情有独钟呢？概括起来，还是因为Silicon One在以下三点的突出表现契合了元宇宙的发展需要。

大带宽

2020年10月，思科发布了创新型Q200系列芯片。忽然间用单芯片构建一个12.8 Tbps的路由器成为可能，与之对应的其他友商需要2到10颗芯片才能构建相似的系统。Q200显著提升效率、降低了成本和功耗。Meta充分认可Q200 的大带宽能力，设计了下一代12.8 Tbps的 Wedge400C 开放网络系统，可支持多达 16 个 400G 上行端口和 32 个 200G 下行端口，足以满足面向元宇宙AI/视频数据中心所需的超大带宽数据中心的建设需求。

随着思科在2021年10月发布了Silicon One™ P100芯片，现在可通过单片芯片构建19.2 Tbps 盒式路由器产品，同时我们还为模块化系统提供业界首款28.8 Tbps 36x800Gbps板卡，这意味着在C8000 最高密度的18槽路由器上，可以提供高达518Tbps的转发能力，密度比任何友商都高出两倍。如果你对这还没有感觉，那我告诉你这意味着可以同时为1亿网民提供互联网4K 高清视频看剧，即便是面向元宇宙应用的全沉浸式8K/240帧率/1Gbps 码流的AR/VR视频，也可以同时传送50万路！

低延时

凭借思科高性能Silicon One P100，您可以在1RU机箱中使用QSFP-DD800光模块制造24x800G 系统，在2RU封装中使用QSFP-DD56光模块制造48x400G 系统。

为了实现相似的高转发带宽的大容量盒式设备，其他友商需要至少使用6颗芯片通过CLOS 架构进行互联，这可能会增加多达三倍的时延和机架空间，以及五倍的成本和功耗。仅此一点就让思科Silicon One架构在竞争中一骑绝尘。

用多芯构建设备的后果是，当数据包从系统中的入接口转发到出接口时，它们需要经过更多跳数。当数据包到达入接口芯片时，必须通过串行器/解串器（SerDes）路由到交换矩阵芯片，然后再通过另一组SerDes路由到出接口芯片，这会显着增加额外的时延。

借助思科Silicon One，数据包可以在芯片内进行本地交换，而无需传输到其他芯片。这意味着思科Silicon One 只需要三分之一的跳数就完成了数据包转发，从而显著缩短时延。

大表项与大缓存（Buffer）

Silicon One采用了一种新型的，能够改变游戏规则的技术——高带宽内存（HBM），来扩展路由表项和数据包缓存。超大容量交换机设备因此可以配备大缓存，同时HBM内存可以根据联网设备数量的增加，以及互联网路由表规模的不断扩大进行灵活的分配，系统可以装入10多个当前规模的互联网路由表。这确保了路由表规模可以应对元宇宙时代联网设备不断增加带来的挑战。

HBM虽然有节省关键路由资源和降低功耗的优点，但因为使用HBM内存带宽仍低于交换机带宽，因此必须更聪明地管理对HBM的访问，这正是思科Silicon One的独门秘技。思科Silicon One架构采用混合缓存方案，自动化的智能调度算法结合了芯片内部SRAM内存高带宽和外部HBM内存大容量两者的优势。借助HBM接口的高效使用和智能管理，从而在单个芯片中实现高带宽交换和大表项路由的统一。

有以上三点硬核技术的加持，思科Silicon One坐实了“最硬”元宇宙技术的C位。两年内一口气推出11 款芯片的气魄让我们相信，虽然元宇宙还需要较长的时间才能整体实现，但是思科Silicon One已经为助力各项元宇宙技术大发展做好了准备，Silicon One“带飞”元宇宙！