如何區分CPU 淺談寬帶路由器處理芯片

寬(kuan)帶路(lu)由器(qi)(qi)(qi)的性能(neng)和檔次高低的標(biao)志，主要由處理器(qi)(qi)(qi)、內存和緩(huan)存來決定，寬(kuan)帶路(lu)由器(qi)(qi)(qi)的處理器(qi)(qi)(qi)同電腦主板、CPU等產品一樣，是寬(kuan)帶路(lu)由器(qi)(qi)(qi)最核心的器(qi)(qi)(qi)件。

隨著(zhu)寬(kuan)(kuan)帶(dai)(dai)(dai)網絡的(de)(de)逐步普及，寬(kuan)(kuan)帶(dai)(dai)(dai)路(lu)(lu)由器(qi)已經得到越來(lai)越廣泛的(de)(de)應(ying)用。寬(kuan)(kuan)帶(dai)(dai)(dai)和(he)窄帶(dai)(dai)(dai)比起來(lai)，最主要(yao)就是個“快”字，所以大家在選(xuan)購寬(kuan)(kuan)帶(dai)(dai)(dai)路(lu)(lu)由器(qi)時，非常關心其性(xing)(xing)能怎(zen)么樣(yang)。寬(kuan)(kuan)帶(dai)(dai)(dai)路(lu)(lu)由器(qi)的(de)(de)性(xing)(xing)能和(he)檔次高低(di)的(de)(de)標志，主要(yao)由處理(li)器(qi)、內存和(he)緩存來(lai)決定。

寬(kuan)帶(dai)路(lu)由器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)處(chu)(chu)理器(qi)(qi)(qi)(qi)同電(dian)腦主板、CPU等(deng)產品(pin)一樣，是寬(kuan)帶(dai)路(lu)由器(qi)(qi)(qi)(qi)最核心(xin)的(de)(de)器(qi)(qi)(qi)(qi)件。處(chu)(chu)理器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)好壞直接(jie)影響寬(kuan)帶(dai)路(lu)由器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)性(xing)能，處(chu)(chu)理能力差(cha)的(de)(de)處(chu)(chu)理器(qi)(qi)(qi)(qi)，寬(kuan)帶(dai)路(lu)由器(qi)(qi)(qi)(qi)性(xing)能好不了，因此，在這里著重分析一下寬(kuan)帶(dai)路(lu)由器(qi)(qi)(qi)(qi)所用處(chu)(chu)理器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)芯片(pian)。

一、認識寬帶路由器的處理器

處理器不分檔次(ci)高低，都是寬(kuan)帶路(lu)由器的心(xin)臟。 一般來說，處理器主頻在100M或以下的屬于較低主頻，100M-200M屬于中等主頻，200M以上(shang)的屬于較高主頻。

通常在中(zhong)低端(duan)寬帶路(lu)由(you)(you)器中(zhong)，處理器負責(ze)交換路(lu)由(you)(you)信(xin)息、路(lu)由(you)(you)表查(cha)找(zhao)以(yi)及轉發數據包，處理器的能(neng)力直(zhi)接影(ying)響路(lu)由(you)(you)器的吞吐量(路(lu)由(you)(you)表查(cha)找(zhao)時(shi)間)和路(lu)由(you)(you)計算能(neng)力(影(ying)響網(wang)絡路(lu)由(you)(you)收斂時(shi)間)。

在高端寬帶(dai)路由(you)(you)器(qi)中(zhong)，通(tong)常包轉(zhuan)發(fa)和查表(biao)由(you)(you)ASIC芯片完成，處理器(qi)只實現路由(you)(you)協(xie)議、計算路由(you)(you)以(yi)及分發(fa)路由(you)(you)表(biao)。由(you)(you)于技術的發(fa)展(zhan)，寬帶(dai)路由(you)(you)器(qi)的處理器(qi)采用的內核種(zhong)類很多。

二、寬帶路由器的處理器芯片

處理(li)器一般采用(yong)(yong)x86、ARM7、ARM9、MIPS、Intel Xscale等。80186、ARM7內(nei)核處理(li)器是第一代(dai)寬(kuan)帶(dai)路(lu)由(you)器的(de)典型配置，性能低，這(zhe)樣的(de)寬(kuan)帶(dai)路(lu)由(you)器只適合(he)普通家(jia)庭用(yong)(yong)戶，主流廠商均已不再使(shi)用(yong)(yong)。

ARM9和MIPS內核處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)是(shi)目前寬帶路由器(qi)(qi)(qi)主流(liu)配置，常見的(de)(de)ARM9分(fen)普通(tong)型的(de)(de)920T/922T/940T和增(zeng)強型的(de)(de)926E/946E/966E，而MIPS分(fen)2K、3K、4K系列(lie)，不同(tong)型號的(de)(de)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)性(xing)能會(hui)有較(jiao)大差異。Intel Xscale內核處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)是(shi)高(gao)級網絡處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)，用(yong)于(yu)高(gao)端(duan)產品。一般處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)都是(shi)單(dan)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)，采用(yong)多處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)分(fen)布(bu)式處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)是(shi)高(gao)級處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)，性(xing)能高(gao)。

1. ARM

ARM是(shi)一(yi)家(jia)既不生產也(ye)不銷(xiao)售芯(xin)片的(de)公司，是(shi)英國一(yi)家(jia)電(dian)(dian)子公司的(de)名(ming)字，全名(ming)是(shi)Advanced RISC Machine，成立(li)于(yu)1990年11月(yue)，是(shi)蘋果電(dian)(dian)腦，Acorn電(dian)(dian)腦集(ji)團(tuan)和VLSI Technology的(de)合資企業。Acorn曾推出世(shi)界上首(shou)個(ge)商用單芯(xin)片RISC處理(li)(li)器，而(er)蘋果電(dian)(dian)腦當時希望將(jiang)RISC技術(shu)應(ying)用于(yu)自身(shen)系統，ARM微處理(li)(li)器新標(biao)準因(yin)此應(ying)運而(er)生。

它(ta)設(she)計(ji)了大(da)量高性能、廉價、耗能低的(de)RISC處理(li)器、相關技術及(ji)軟件。該技術具有(you)性能高、成(cheng)(cheng)本(ben)低和能耗省的(de)特點。它(ta)通過(guo)出售芯片技術授權，建立起新(xin)型(xing)的(de)微(wei)處理(li)器設(she)計(ji)、生產(chan)(chan)和銷售商業(ye)模式(shi)。這(zhe)種商業(ye)模式(shi)取得極大(da)的(de)成(cheng)(cheng)功，采用ARM技術IP核的(de)微(wei)處理(li)器遍(bian)及(ji)各類電(dian)子(zi)產(chan)(chan)品:汽車、消費電(dian)子(zi)、成(cheng)(cheng)像、工業(ye)控制、海量存儲、網絡、安保和無線等市場(chang)，ARM技術幾乎無處不在，ARM的(de)16/32位嵌(qian)入(ru)式(shi)處理(li)器技術是(shi)世界上應用最為普遍(bian)的(de)微(wei)處理(li)器結構。

微處理(li)器是(shi)ARM技術的重中之重，目(mu)前面向市場的有:

ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和(he)ARM740T:低(di)價、低(di)能耗(hao)、封裝式(shi)常(chang)規(gui)系統微型(xing)處理器，配(pei)有高速緩存(Cache)、內存管理、寫緩沖(chong)和(he)JTAG。廣泛應用于手持式(shi)計算、數(shu)據通信(xin)和(he)消(xiao)費類多媒體。

ARM940T、920T系(xi)列:低價、低能(neng)耗、高(gao)(gao)性能(neng)系(xi)統(tong)微處(chu)理(li)器(qi)，配(pei)有Cache、內存管理(li)和(he)寫緩沖。應用于高(gao)(gao)級(ji)引(yin)擎(qing)管理(li)、保(bao)安系(xi)統(tong)、頂置盒、便(bian)攜計算(suan)機(ji)和(he)高(gao)(gao)檔(dang)打印機(ji)。

StrongARM:性能很高、同(tong)時滿足常規應(ying)用需(xu)要的(de)一種微處(chu)理器技術(shu)，與DEC聯(lian)合研制(zhi)，后來授權給Intel。SA110處(chu)理器、SA1100 PDA系統芯片(pian)(pian)和SA1500多媒體處(chu)理器芯片(pian)(pian)均(jun)采用了這一技術(shu)。

ARM7500和ARM7500FE:高度集成的(de)單(dan)芯片RISC計(ji)算機(ji)，基于一個(ge)緩存(cun)式ARM7 32位(wei)內核，擁有內存(cun)和I/O控制(zhi)器、3個(ge)DMA通道(dao)、片上視頻控制(zhi)器和調色板以及立體聲(sheng)端(duan)口(kou);ARM7500FE則增加(jia)了一個(ge)浮點運算單(dan)元以及對(dui)EDO DRAM的(de)支(zhi)持。特別適合電(dian)視頂置(zhi)盒和網絡計(ji)算機(ji)(NC)。

唯一沒有購買ARM授(shou)權的(de)(de)是(shi)Intel的(de)(de)老對頭(tou)AMD，因為Intel便攜式處理器(qi)采用的(de)(de)是(shi)StrongARM，而AMD則收購了Alchemy公司與之(zhi)抗(kang)衡，采用的(de)(de)是(shi)MIPS結構。

2. MIPS

MIPS技(ji)術(shu)(shu)公(gong)(gong)司(si)是一(yi)家設計(ji)制(zhi)造高性能、高檔次及(ji)嵌入(ru)式32位(wei)和64位(wei)處(chu)理器的(de)廠商，在(zai)RISC處(chu)理器方面占有重要地位(wei)。1984年(nian)，MIPS計(ji)算機(ji)公(gong)(gong)司(si)成(cheng)立。1992年(nian)，SGI收購(gou)了MIPS計(ji)算機(ji)公(gong)(gong)司(si)。1998年(nian)，MIPS脫離SGI，成(cheng)為MIPS技(ji)術(shu)(shu)公(gong)(gong)司(si)。

MIPS公司設(she)計RISC處理器(qi)(qi)始于二十(shi)(shi)世(shi)紀八十(shi)(shi)年(nian)(nian)代初，1986年(nian)(nian)推(tui)出R2000處理器(qi)(qi)，1988年(nian)(nian)推(tui)R3000處理器(qi)(qi)，1991年(nian)(nian)推(tui)出第一款64位(wei)商用微(wei)處器(qi)(qi)R4000。之后又(you)陸續推(tui)出R8000(于1994年(nian)(nian))、R10000(于1996年(nian)(nian))和R12000(于1997年(nian)(nian))等(deng)型(xing)號。

隨后，MIPS公司(si)的戰略(lve)發(fa)(fa)生變化(hua)，把(ba)重點放(fang)在嵌(qian)入(ru)式系統。1999年，MIPS公司(si)發(fa)(fa)布MIPS32和(he)MIPS64架構標準，為(wei)未來MIPS處理器的開(kai)發(fa)(fa)奠(dian)定了(le)(le)基(ji)礎。新的架構集成了(le)(le)所有原來NIPS指令集，并且增加了(le)(le)許多更(geng)強大的功能。

MIPS公司陸續開發了高性能、低功耗的(de)(de)32位處(chu)(chu)(chu)理器(qi)內核(he)(core)MIPS324Kc與高性能64位處(chu)(chu)(chu)理器(qi)內核(he)MIPS64 5Kc。2000年，MIPS公司發布(bu)了針對MIPS32 4Kc的(de)(de)版(ban)本以及64位MIPS 64 20Kc處(chu)(chu)(chu)理器(qi)內核(he)。如TL-R490寬帶路由器(qi)就是采用MIPS 4K內核(he)處(chu)(chu)(chu)理器(qi)。

3. Intel Xscale

Intel的(de)(de)(de)XScale RISC處理器(qi)源(yuan)于(yu)獲(huo)得(de)很大成功的(de)(de)(de)ARM處理器(qi)(Advanced RISC Machines公司開(kai)發(fa)(fa))，在架(jia)構擴展的(de)(de)(de)基(ji)礎上也保(bao)留(liu)了對以(yi)往產品(pin)(pin)(主(zhu)要(yao)指軟件產品(pin)(pin))的(de)(de)(de)向(xiang)下兼容性。在ARM推出(chu)一(yi)款時間之后，DEC獲(huo)得(de)了許可并開(kai)發(fa)(fa)出(chu)他們自(zi)己的(de)(de)(de)高級版StrongARM。DEC和康柏合并后，StrongARM核心被Intel買走，開(kai)發(fa)(fa)出(chu)了自(zi)己的(de)(de)(de)兼容產品(pin)(pin)Xscale。

這款(kuan)產(chan)品(pin)功耗(hao)更低，系統伸縮性(xing)更好，同(tong)時核心頻率(lv)也(ye)得到(dao)了提高，目前400MHz的(de)產(chan)品(pin)已經進入市場，而600、800Mhz的(de)Xscale處理(li)器也(ye)將很快面(mian)世。同(tong)時，這種(zhong)處理(li)器還支持高效通訊(xun)指令(ling)，可以和同(tong)樣(yang)架構處理(li)器之(zhi)間達(da)到(dao)高速(su)傳輸。

其(qi)中(zhong)一(yi)個主要的擴展就是無(wu)線MMX，這(zhe)是一(yi)種64位的SIMD指令集，在新款的Xscale處理(li)器中(zhong)集成有SIMD協處理(li)器。這(zhe)些指令集可以有效的加(jia)快(kuai)視頻、3D圖像、音(yin)頻以及其(qi)他(ta)SIMD傳統元素(su)處理(li)。

三、處理器并非唯一的性能體現

寬帶路(lu)由(you)器(qi)(qi)(qi)的處理器(qi)(qi)(qi)只是(shi)寬帶路(lu)由(you)器(qi)(qi)(qi)的一(yi)個部(bu)件(jian)，特別之(zhi)處只在于它是(shi)最(zui)核心的器(qi)(qi)(qi)件(jian)。寬帶路(lu)由(you)器(qi)(qi)(qi)的處理器(qi)(qi)(qi)性能(neng)并不(bu)能(neng)完全反映路(lu)由(you)器(qi)(qi)(qi)性能(neng)。寬帶路(lu)由(you)器(qi)(qi)(qi)性能(neng)由(you)路(lu)由(you)器(qi)(qi)(qi)吞吐量、時(shi)延和(he)路(lu)由(you)計(ji)算能(neng)力等指標體現(xian)。

寬帶路由器(qi)(qi)(qi)的處理(li)器(qi)(qi)(qi)用得差(cha)路由器(qi)(qi)(qi)性(xing)能(neng)(neng)好不(bu)了，但反過來處理(li)器(qi)(qi)(qi)好了路由器(qi)(qi)(qi)性(xing)能(neng)(neng)卻不(bu)一定(ding)好。處理(li)器(qi)(qi)(qi)主頻只是處理(li)器(qi)(qi)(qi)的一個(ge)性(xing)能(neng)(neng)指標，要知(zhi)道處理(li)器(qi)(qi)(qi)性(xing)能(neng)(neng)，還必須(xu)了解其總線(xian)寬度(16位(wei)還是32位(wei))、Cache容量和(he)結構(gou)、內(nei)部(bu)總線(xian)結構(gou)、是單CPU還是多(duo)CPU分布式(shi)處理(li)、運算模式(shi)等(deng)等(deng)，這些都會極大地影響(xiang)處理(li)器(qi)(qi)(qi)性(xing)能(neng)(neng)。

這顆(ke)芯如此(ci)重要，但都是外(wai)國的，而我國的第一枚(mei)通訊(xun)領域(yu)高端路(lu)由交換(huan)核心芯片——“華夏(xia)網芯”現在也出世了。據悉，“華夏(xia)網芯”擁有完全自(zi)(zi)主知識產權，此(ci)高新領域(yu)沒有“中國芯”的歷史自(zi)(zi)此(ci)宣告結束。