Intel FPGA Programmable Acceleration Card N3000 Udhëzuesi i përdorimit

Hyrje

Sfondi

Karta e përshpejtimit e programueshme e Intel FPGA N3000 në një rrjet të virtualizuar të aksesit në radio (vRAN) kërkon mbështetje për IEEE1588v2 si Orë skllave të telekomit (T-TSC) të protokollit të saktë të kohës (PTP) për të planifikuar në mënyrë të përshtatshme detyrat e softuerit. Kontrolluesi Intel Ethernet XL710 në Intel® FPGA PAC N3000 ofron mbështetjen IEEE1588v2. Megjithatë, rruga e të dhënave FPGA prezanton nervozizëm që ndikon në performancën e PTP. Shtimi i një qarku të orës transparente (T-TC) i mundëson Intel FPGA PAC N3000 të kompensojë vonesën e brendshme të FPGA dhe zbut efektet e nervozizmit, gjë që lejon T-TSC të përafrojë me efikasitet Kohën e Ditës së Mjeshtrit të Madh.

Objektiv

Këto teste vërtetojnë përdorimin e Intel FPGA PAC N3000 si skllav IEEE1588v2 në Rrjetin e Qasjes në Radio të Hapur (O-RAN). Ky dokument përshkruan:

• Konfigurimi i testit
• Procesi i verifikimit
• Vlerësimi i performancës së mekanizmit transparent të orës në rrugën FPGA të Intel FPGA PAC N3000
• Performanca PTP e Intel FPGA PAC N3000 Performanca e Intel FPGA PAC N3000 që mbështet orën transparente është
  krahasuar me Intel FPGA PAC N3000 pa orë transparente, si dhe me një kartë tjetër Ethernet XXV710 në kushte të ndryshme trafiku dhe konfigurime PTP.

Karakteristikat dhe Kufizimet

Karakteristikat dhe kufizimet e vlefshmërisë për mbështetjen e Intel FPGA PAC N3000 IEEE1588v2 janë si më poshtë:

• Stafi i softuerit të përdorur: Linux PTP Project (PTP4l)
• Mbështet programin e mëposhtëm të telekomitfiles:
  •  1588v2 (i parazgjedhur)
  • G.8265.1
  • G.8275.1
• Mbështet orën skllav PTP me dy hapa.

Korporata Intel. Të gjitha të drejtat e rezervuara. Intel, logoja e Intel dhe markat e tjera Intel janë marka tregtare të Intel Corporation ose filialeve të saj. Intel garanton performancën e produkteve të saj FPGA dhe gjysmëpërçuese sipas specifikimeve aktuale në përputhje me garancinë standarde të Intel, por rezervon të drejtën të bëjë ndryshime në çdo produkt dhe shërbim në çdo kohë pa paralajmërim. Intel nuk merr përsipër asnjë përgjegjësi ose përgjegjësi që rrjedh nga aplikimi ose përdorimi i ndonjë informacioni, produkti ose shërbimi të përshkruar këtu, përveçse kur është rënë dakord shprehimisht me shkrim nga Intel. Klientët e Intel këshillohen të marrin versionin më të fundit të specifikimeve të pajisjes përpara se të mbështeten në çdo informacion të publikuar dhe përpara se të bëjnë porosi për produkte ose shërbime. *Emra dhe marka të tjera mund të pretendohen si pronë e të tjerëve.

• Mbështet modalitetin multicast nga fundi në fund.
• Mbështet frekuencën e shkëmbimit të mesazheve PTP deri në 128 Hz.
  • Ky është një kufizim i planit të vlefshmërisë dhe mjeshtër i madh i punësuar. Mund të jenë të mundshme konfigurime PTP më të larta se 128 paketa në sekondë për mesazhet PTP.
• Për shkak të kufizimeve të ndërprerësit Cisco* Nexus* 93180YC-FX të përdorur në konfigurimin e vërtetimit, rezultatet e performancës në kushtet e trafikut iperf3 i referohen kursit të shkëmbimit të mesazheve PTP prej 8 Hz.
• Mbështetja e kapsulimit:
  • Transport mbi L2 (Ethernet i papërpunuar) dhe L3 (UDP/IPv4/IPv6)
    Shënim: Në këtë dokument, të gjitha rezultatet përdorin një lidhje të vetme Ethernet 25 Gbps.

Veglat dhe versionet e shoferit

Mjetet	Versioni
BIOS	Intel Server Board S2600WF 00.01.0013
OS	CentOS 7.6
Kernel	kernel-rt-3.10.0-693.2.2.rt56.623.el7.src.
Kompleti i zhvillimit të planit të të dhënave (DPDK)	18.08
Përpiluesi Intel C	19.0.3
Drejtues Intel XL710 (shofer i40e)	2.8.432.9.21
PTP4l	2.0
IxExplorer	8.51.1800.7 EA-Patch1
lperf3	3.0.11
trafiku	Netsniff-ng 0.6.6 Toolkit

 Testi i trafikut IXIA

Grupi i parë i standardeve të performancës PTP për Intel FPGA PAC N3000 përdor një zgjidhje IXIA* për testimin e konformitetit të rrjetit dhe PTP. Kutia e shasisë IXIA XGS2 përfshin një kartë IXIA 40 PORT NOVUS-R100GE8Q28 dhe IxExplorer e cila ofron një ndërfaqe grafike për vendosjen e një PTP Grandmaster virtual në DUT (Intel FPGA PAC N3000) mbi një lidhje të vetme Ethernet të drejtpërdrejtë 25 Gbps. Blloku i mëposhtëm ilustron topologjinë e synuar të testimit për standardet e bazuara në IXIA. Të gjitha rezultatet përdorin trafikun e gjeneruar nga IXIA për testet e trafikut hyrës dhe përdorin mjetin trafgen në hostin Intel FPGA PAC N3000 për testet e trafikut të daljes, ku drejtimi i hyrjes ose i daljes është gjithmonë nga këndvështrimi i DUT (Intel FPGA PAC N3000 ) mikpritës. Në të dyja rastet, shkalla mesatare e trafikut është 24 Gbps. Ky konfigurim testimi ofron një karakterizim bazë të performancës PTP të Intel FPGA PAC N3000 me mekanizmin T-TC të aktivizuar, si dhe e krahason atë me imazhin e fabrikës jo-TC Intel FPGA PAC N3000 nën ITU-T G.8275.1 PTP profile.

Topologjia për testet e trafikut Intel FPGA PAC N3000 nën Masterin Virtual IXIA

Rezultati i testit të trafikut IXIA

Analiza e mëposhtme kap performancën PTP të Intel FPGA PAC N3000 të aktivizuar me TC në kushtet e trafikut të hyrjes dhe daljes. Në këtë seksion, PTP profile G.8275.1 është miratuar për të gjitha testet e trafikut dhe mbledhjen e të dhënave.

Madhësia e Kompensimit Master

Figura e mëposhtme tregon madhësinë e zhvendosjes kryesore të vëzhguar nga klienti skllav PTP4l i hostit Intel FPGA PAC N3000 si një funksion i kohës së kaluar nën hyrje, dalje dhe trafik dydrejtues (përdorimi mesatar prej 24.4 Gbps).

Vonesa mesatare e rrugës (MPD)

Figura e mëposhtme tregon vonesën mesatare të rrugës, siç llogaritet nga skllavi PTP4 që përdor Intel FPGA PAC N3000 si një kartë ndërfaqe rrjeti, për të njëjtin test si figura e mësipërme. Kohëzgjatja totale e secilit prej tre testeve të trafikut është të paktën 16 orë.

Tabela e mëposhtme liston analizat statistikore të tre testeve të trafikut. Nën një ngarkesë trafiku afër kapacitetit të kanalit, skllav PTP4l që përdor Intel FPGA PAC N3000 ruan zhvendosjen e fazës së tij te madhështi virtual i IXIA brenda 53 ns për të gjitha testet e trafikut. Përveç kësaj, devijimi standard i madhësisë së kompensimit kryesor është nën 5 ns.

Detaje statistikore mbi performancën e PTP

G.8275.1 PTP Profile	Trafiku hyrës (24 Gbps)	Trafiku në dalje (24 Gbps)	Trafiku dydrejtues (24 Gbps)
RMS	6.35 ns	8.4 ns	9.2 ns
StdDev (i zhvendosjes abs(maksimum))	3.68 ns	3.78 ns	4.5 ns
StdDev (i MPD)	1.78 ns	2.1 ns	2.38 ns
Kompensimi maksimal	36 ns	33 ns	53 ns

 

Shifrat e mëposhtme përfaqësojnë madhësinë e zhvendosjes kryesore dhe vonesës mesatare të rrugës (MPD), nën një test të trafikut dydrejtues prej 16 orësh 24 Gbps për kapsulime të ndryshme PTP. Grafikët e majtë në këto figura i referohen standardeve PTP nën kapsulimin IPv4/UDP, ndërsa kapsulimi i mesazheve PTP i grafikëve të djathtë është në L2 (Ethernet i papërpunuar). Performanca e skllevërve PTP4l është mjaft e ngjashme, madhësia e kompensimit master në rastin më të keq është 53 ns dhe 45 ns për kapsulimin IPv4/UDP dhe L2, respektivisht. Devijimi standard i kompensimit të madhësisë është 4.49 ns dhe 4.55 ns për kapsulimin IPv4/UDP dhe L2, respektivisht.

Madhësia e Kompensimit Master

Figura e mëposhtme tregon madhësinë e kompensimit kryesor nën trafikun dydrejtues 24 Gbps, kapsulimin IPv4 (majtas) dhe L2 (djathtas), G8275.1 Profile.

Vonesa mesatare e rrugës (MPD)

Figura e mëposhtme tregon vonesën mesatare të rrugës së skllevërve të hostit PTP3000l të Intel FPGA PAC N4 nën trafikun dydrejtues 24 Gbps, kapsulimin IPv4 (majtas) dhe L2 (djathtas), G8275.1 Profile.

Vlerat absolute të MPD nuk janë një tregues i qartë i qëndrueshmërisë së PTP, pasi varet nga gjatësia e kabllove, vonesa e rrugës së të dhënave etj. megjithatë, shikimi i variacioneve të ulëta të MPD (2.381 ns dhe 2.377 ns për rastin IPv4 dhe L2, respektivisht) e bën të qartë se llogaritja e MPD e PTP është vazhdimisht e saktë në të dy kapsulimet. Ai verifikon qëndrueshmërinë e performancës PTP në të dy mënyrat e kapsulimit. Ndryshimi i nivelit në MPD-në e llogaritur në grafikun L2 (në figurën e mësipërme, grafiku djathtas) është për shkak të efektit në rritje të trafikut të aplikuar. Së pari, kanali është i papunë (MPD rms është 55.3 ns), më pas aplikohet trafiku hyrës (hapi i dytë rritës, MPD rms është 85.44 ns), i ndjekur nga trafiku i njëkohshëm i daljes, duke rezultuar në një MPD të llogaritur prej 108.98 ns. Shifrat e mëposhtme mbivendosin madhësinë e zhvendosjes kryesore dhe MPD-në e llogaritur të testit të trafikut dydrejtues të aplikuar si për një skllav PTP4l duke përdorur mekanizmin Intel FPGA PAC N3000 me mekanizëm T-TC, ashtu edhe për një tjetër që përdor Intel FPGA PACN3000 pa TC funksionalitetin. Testet T-TC Intel FPGA PAC N3000 (portokalli) fillojnë nga koha zero, ndërsa testi PTP që përdor PAC N3000 jo-TC Intel FPGA (blu) fillon rreth T = 2300 sekonda.

Madhësia e Kompensimit Master

Figura e mëposhtme tregon madhësinë e kompensimit kryesor nën trafikun Ingress (24 Gbps), me dhe pa mbështetje TTC, G.8275.1 Profile.

Në figurën e mësipërme, performanca PTP e Intel FPGA PAC N3000 e aktivizuar me TC nën trafik është e ngjashme me atë jo-TC Intel FPGA PAC N3000 për 2300 sekondat e para. Efektiviteti i mekanizmit T-TC në Intel FPGA PAC N3000 theksohet në segmentin e testit (pas sekondës së 2300-të) ku ngarkesa e barabartë e trafikut aplikohet në ndërfaqet e të dy kartave. Në mënyrë të ngjashme në figurën më poshtë, llogaritjet e MPD-së janë vërejtur para dhe pas aplikimit të trafikut në kanal. Efektiviteti i mekanizmit T-TC theksohet në kompensimin e kohës së qëndrimit të paketave që është vonesa e paketave përmes rrugës FPGA midis MAC-ve 25G dhe 40G.

Vonesa mesatare e rrugës (MPD)

Figura e mëposhtme tregon vonesën mesatare të rrugës së skllevërve pritës PTP3000l të Intel FPGA PAC N4 nën trafikun Ingress (24 Gbps), me dhe pa mbështetje T-TC, G.8275.1 Profile.

Këto shifra tregojnë algoritmin e servo të skllav PTP4l, për shkak të korrigjimit të kohës së qëndrimit të TC, ne shohim dallime të vogla në llogaritjet mesatare të vonesës së rrugës. Prandaj, ndikimi i luhatjeve të vonesës në përafrimin e kompensimit kryesor zvogëlohet. Tabela e mëposhtme liston analizat statistikore mbi performancën PTP, e cila përfshin RMS dhe devijimin standard të kompensimit kryesor, devijimin standard të vonesës mesatare të rrugës, si dhe kompensimin kryesor në rastin më të keq për Intel FPGA PAC N3000 me dhe pa T- Mbështetje TC.

Detaje statistikore mbi performancën e PTP nën trafikun hyrës

Trafiku i hyrjes (24 Gbps) G.8275.1 PTP Profile	Intel FPGA PAC N3000 me T-TC	Intel FPGA PAC N3000 pa T-TC
RMS	6.34 ns	40.5 ns
StdDev (i zhvendosjes abs(maksimum))	3.65 ns	15.5 ns
StdDev (i MPD)	1.79 ns	18.1 ns
Kompensimi maksimal	34 ns	143 ns

Një krahasim i drejtpërdrejtë i Intel FPGA PAC N3000 i mbështetur nga TC me versionin jo-TC
Tregon se performanca e PTP është 4x deri në 6x më e ulët në lidhje me ndonjë nga statistikat
metrikë (rasti më i keq, RMS ose devijimi standard i kompensimit kryesor). Rasti më i keq
kompensimi kryesor për konfigurimin G.8275.1 PTP të T-TC Intel FPGA PAC N3000 është 34
ns në kushtet e trafikut hyrës në kufirin e gjerësisë së brezit të kanalit (24.4 Gbps).

Testi i trafikut lperf3

Ky seksion përshkruan testin e krahasimit të trafikut iperf3 për të vlerësuar më tej performancën PTP të Intel FPGA PAC N3000. Mjeti iperf3 është përdorur për të imituar kushtet aktive të trafikut. Topologjia e rrjetit e standardeve të trafikut iperf3, e paraqitur në figurën më poshtë, përfshin lidhjen e dy serverëve, secili duke përdorur një kartë DUT (Intel FPGA PAC N3000 dhe XXV710), me ndërprerësin Cisco Nexus 93180YC FX. Ndërprerësi Cisco vepron si një orë kufitare (T-BC) midis dy skllevërve DUT PTP dhe Grandmaster Calnex Paragon-NEO.

Topologjia e rrjetit për Testin e trafikut të Intel FPGA PAC N3000 lperf3

Dalja PTP4l në secilën prej pritësve DUT siguron matje të të dhënave të performancës PTP për çdo pajisje skllav në konfigurim (Intel FPGA PAC N3000 dhe XXV710). Për testin e trafikut iperf3, kushtet dhe konfigurimet e mëposhtme zbatohen për të gjithë grafikët dhe analizën e performancës:

• Gjerësia e brezit të agreguar të trafikut 17 Gbps (si TCP ashtu edhe UDP), ose dalje ose hyrje ose me dy drejtime në Intel FPGA PAC N3000.
• Kapsulimi IPv4 i paketave PTP, për shkak të kufizimit të konfigurimit në ndërprerësin Cisco Nexus 93180YC-FX.
• Kursi i këmbimit të mesazheve PTP është i kufizuar në 8 pako/sekondë, për shkak të kufizimit të konfigurimit në çelësin Cisco Nexus 93180YC-FX.

Perf3 Rezultati i Testit të Trafikut

Analiza e mëposhtme kap performancën e kartës Intel FPGA PAC N3000 dhe XXV710, që të dyja njëkohësisht veprojnë si një kartë ndërfaqe rrjeti e skllevërve PTP (T-TSC) Calnex Paragon NEO Grandmaster përmes ndërprerësit T-BC Cisco.

Shifrat e mëposhtme tregojnë madhësinë e kompensimit master dhe MPD me kalimin e kohës për tre teste të ndryshme trafiku duke përdorur Intel FPGA PAC N3000 me kartën T-TC dhe XXV710. Në të dyja kartat, trafiku i dyanshëm ka efektin më të madh në performancën PTP4l. Kohëzgjatja e testit të trafikut është 10 orë. Në figurat e mëposhtme, bishti i grafikut shënon një pikë në kohë ku trafiku ndalon dhe madhësia e kompensimit kryesor të PTP zbret në nivelet e saj të ulëta, për shkak të kanalit boshe.

Madhësia e Kompensimit Master për Intel FPGA PAC N3000

Figura e mëposhtme tregon vonesën mesatare të rrugës për Intel FPGA PAC N3000 me T TC, nën hyrje, dalje dhe trafik dydrejtues iperf3.

Vonesa mesatare e rrugës (MPD) për Intel FPGA PAC N3000

Figura e mëposhtme tregon vonesën mesatare të rrugës për Intel FPGA PAC N3000 me T TC, nën hyrje, dalje dhe trafik dydrejtues iperf3.

Madhësia e Kompensimit Master për XXV710

Figura e mëposhtme tregon madhësinë e kompensimit master për XXV710, nën trafikun e hyrjes, daljes dhe të dydrejtimit iperf3.

Vonesa mesatare e rrugës (MPD) për XXV710

Figura e mëposhtme tregon vonesën mesatare të rrugës për XXV710, nën trafikun e hyrjes, daljes dhe të dydrejtimit iperf3.

Për sa i përket performancës Intel FPGA PAC N3000 PTP, kompensimi kryesor në rastin më të keq në çdo kusht trafiku është brenda 90 ns. Ndërsa në të njëjtat kushte trafiku dydrejtimësh, RMS e kompensimit master Intel FPGA PAC N3000 është 5.6 herë më i mirë se ai i kartës XXV710.

	Intel FPGA PAC N3000			Karta XXV710
	Trafiku i hyrjes10 G	Trafiku në dalje 18G	Trafiku dydrejtues18 G	Trafiku i hyrjes18 G	Trafiku në dalje 10G	Trafiku dydrejtues18 G
RMS	27.6 ns	14.2 ns	27.2 ns	93.96 ns	164.2 ns	154.7 ns
StdDev (i kompensimit abs (maksimum))	9.8 ns	8.7 ns	14.6 ns	61.2 ns	123.8 ns	100 ns
StdDev (i MPD)	21.6 ns	9.2 ns	20.6 ns	55.58 ns	55.3 ns	75.9 ns
Kompensimi maksimal	84 ns	62 ns	90 ns	474 ns	1,106 ns	958 ns

Veçanërisht, kompensimi kryesor i Intel FPGA PAC N3000 ka devijim standard më të ulët,
të paktën 5 herë më pak se karta XXV710, do të thotë që përafrimi i PTP i
Ora e mjeshtrit të madh është më pak e ndjeshme ndaj vonesës ose ndryshimeve të zhurmës nën trafikun në
Intel FPGA PAC N3000.
Kur krahasohet me rezultatin e testit të trafikut IXIA në faqen 5, madhësia e rastit më të keq të
kompensimi kryesor me një Intel FPGA PAC N3000 të aktivizuar T-TC shfaqet më i lartë. Përveç kësaj
dallimet në topologjinë e rrjetit dhe gjerësinë e brezit të kanaleve, kjo është për shkak të Intel
FPGA PAC N3000 është kapur nën një G.8275.1 PTP profile (shkalla e sinkronizimit 16 Hz), ndërsa
shpejtësia e mesazheve të sinkronizimit në këtë rast është e kufizuar në 8 pako për sekondë.

Madhësia e Krahasimit të Kompensimit Master

Figura e mëposhtme tregon madhësinë e krahasimit të kompensimit kryesor nën trafikun iperf3 me dy drejtime.

Krahasimi i vonesës mesatare të rrugës (MPD).

Figura e mëposhtme tregon krahasimin e vonesës mesatare të rrugës nën trafikun iperf3 me dy drejtime.

Performanca superiore PTP e Intel FPGA PAC N3000, kur krahasohet me kartën XXV710, mbështetet gjithashtu nga devijimi dukshëm më i lartë i vonesës mesatare të llogaritur të rrugës (MPD) për XXV710 dhe Intel FPGA PAC N3000 në secilin nga testet e trafikut të synuar, për pshamptrafiku i dydrejtimshëm iperf3. Injoroni vlerën mesatare në çdo rast MPD, e cila mund të jetë e ndryshme për një sërë arsyesh, si p.sh. kabllo të ndryshme Ethernet dhe vonesa të ndryshme të bërthamës. Pabarazia e vërejtur dhe rritja e vlerave për kartën XXV710 nuk janë të pranishme në Intel FPGA PAC N3000.

RMS prej 8 Krahasimi Master Offset të njëpasnjëshëm

konkluzioni

Rruga e të dhënave FPGA midis QSFP28 (25G MAC) dhe Intel XL710 (40G MAC) shton një vonesë të ndryshueshme të paketave që ndikon në saktësinë e përafrimit të Slave PTP. Shtimi i mbështetjes së Orës Transparente (T-TC) në logjikën e butë FPGA të Intel FPGA PAC N3000 siguron kompensimin e kësaj vonese të paketës duke shtuar kohën e qëndrimit të saj në fushën e korrigjimit të mesazheve PTP të kapsuluara. Rezultatet konfirmojnë se mekanizmi T-TC përmirëson performancën e saktësisë së skllavit PTP4l.

Gjithashtu, rezultati i testit të trafikut IXIA në faqen 5 tregon se mbështetja T-TC në shtegun e të dhënave FPGA rrit performancën PTP me të paktën 4 herë, kur krahasohet me Intel FPGA PAC N3000 pa mbështetje T-TC. Intel FPGA PAC N3000 me T-TC paraqet një kompensim kryesor në rastin më të keq prej 53 ns nën ngarkesa të trafikut hyrës, daljeje ose dydrejtimëshe në kufirin e kapacitetit të kanalit (25 Gbps). Prandaj, me mbështetjen T-TC, performanca e Intel FPGA PAC N3000 PTP është më e saktë dhe më pak e prirur ndaj ndryshimeve të zhurmës.

Në lperf3 Traffic Test në faqen 10, performanca PTP e Intel FPGA PAC N3000 me T-TC të aktivizuar krahasohet me një kartë XXV710. Ky test kapi të dhënat PTP4l për të dy orët skllav nën trafikun e hyrjes ose daljes që shkëmbehet midis dy pritësve të kartës Intel FPGA PAC N3000 dhe XXV710. Kompensimi kryesor i rastit më të keq i vërejtur në Intel FPGA PAC N3000 është të paktën 5 herë më i ulët se karta XXV710. Gjithashtu, devijimi standard i kompensimeve të kapura vërteton gjithashtu se mbështetja T-TC e Intel FPGA PAC N3000 lejon përafrim më të butë të orës së Mjeshtrit të Madh.

Për të vërtetuar më tej performancën PTP të Intel FPGA PAC N3000, opsionet e mundshme të testimit përfshijnë:

• Vleresimi nen PTP pro te ndryshmefiles dhe tarifat e mesazheve për më shumë se një lidhje Ethernet.
• Vlerësimi i Testit të Trafikut lperf3 në faqen 10 me një çelës më të avancuar që lejon norma më të larta të mesazheve PTP.
• Vlerësimi i funksionalitetit T-SC dhe saktësisë së tij të kohës PTP sipas G.8273.2 Testimi i konformitetit.

Historia e rishikimit të dokumentit për testin IEEE 1588 V2

 

Dokumenti Versioni	Ndryshimet
2020.05.30	Lëshimi fillestar.

 

Dokumentet / Burimet

Karta e programueshme e përshpejtimit intel FPGA N3000 [pdfUdhëzuesi i përdoruesit Karta e përshpejtimit e programueshme FPGA, N3000, Karta e përshpejtimit e programueshme N3000, Karta e përshpejtimit e programueshme FPGA N3000, FPGA, IEEE 1588 V2 Test

Referencat

• Manuali i Përdoruesit