以太轉發技術的困境
衡量交換機性能的指標很多，如吞吐量、延時、可管理性、安全性等，而其中最本質的一點，則是交換機的轉發技術。
從多年前的十兆到百兆、千兆直至萬兆，以太網交換機的轉發能力在飛速發展，而ASIC芯片則是為以太交換機的轉發能力提供源動力的核心。隨著視頻、移動、BYOD、云計算、物聯網等業務的迅猛發展，以太網本身也在發生巨變。這種變化體現在以太網不僅要具備大規模轉發能力，且網絡本身要具備彈性、智能控制、管理簡易等特性，這就要求以太網交換機的功能要進行靈活、敏捷的擴充。目前，雖然交換機的功能已經由最初的僅二層交換發展到全面支持路由交換，但需求仍然集中在為企業終端提供聯通性方面，不能滿足云計算下新業務的快速變化，其根本原因就在于ASIC芯片只能識別預先定義的協議類型且轉發流程固定。
ASIC的先天缺陷：固定架構無法隨需應變
圖1: ASIC芯片組成架構
ASIC面臨的最大挑戰，就是無法靈活擴展。因為ASIC只能解析預先定義的應用協議，如果要支持新的應用協議，模塊內的數字電路必須重新設計，對芯片來說哪怕是增加一個寄存器，整個芯片就需要重新設計。這意味著，每新增一項業務就需要新增一個模塊，也就意味著整個芯片需要從頭再來。而一個芯片從設計到樣片返回，再從樣片測試到設備上市一般需要兩年以上的時間，這種開發模式阻礙了設備廠商對業務的快速響應。
于是，市場上就應運而生一種ASIC的替代方案——商用NP。那么，商用NP是否能夠補上ASIC的短板，成為一種理想的以太網交換機轉發核心呢？
商用NP：編程靈活，功耗較高
圖2: NP芯片組成架構
商用NP一般由五個部分組成：NPU、指令Memory、Table Memory（片內）、Packet Memory（片內）和Table DRAM（片外）。這種設計思路使每個模塊的靈活性得到了提高，但是，在實際部署業務時，需要細致地考慮如何進行業務流程切分，而每個NPU組的指令空間都是有限的，如果某個指令空間即將耗盡，則無法支持新的業務。如果業務切分不好，則會導致某些NPU組負載過重，產生業務處理瓶頸，所以實際上NP芯片的總體靈活性并沒有比ASIC提高多少，總體性能仍然不能令人滿意。
可編程ASIC的誕生，雖然在一定程度上緩解了業務擴展性的迫切需求，但可編程ASIC無法實現完全可編程，只能算是一個過渡方案。到底是繼續發展ASIC，還是采取其他的技術？交換機轉發芯片的前進之路究竟在何方？
ENP：性能和靈活性的完美結合
ASIC性能高、功耗小，但架構固化不靈活，無法適應企業IT應用的快速發展；商用NP雖然靈活，但性能和功耗卻成為瓶頸。針對這種現狀，華為公司立足于二十多年芯片研發積累，開創性地推出了以太網絡處理器ENP，其性能和功耗比平ASIC，同時具有商用NP的靈活性，是性能和靈活性的完美結合。該芯片具有以下一些卓爾不群的特點：
圖3: ENP芯片組成架構
完整的指令空間與硬加速，克服了商用NP的性能短板
ENP中的NPU與商用NP中的NPU有所不同，可訪問完整的指令空間，因此每個NPU組都能執行從Parse到Modify的任何指令。這樣就不需要像商用NP那樣，將業務處理切分到不同的NPU組上，節省了開發過程，可以快速開發出新業務。另外，ENP采用了多線程技術，有效降低了IO訪問延時對NPU性能的影響。
華為SmartMemory，解決了內存訪問的性能瓶頸
商用NP或商用ASIC在架構上將計算與存儲嚴格分離開來，導致計算邏輯單元與存儲單元物理距離增大，計算單元和存儲單元交互增多，進而導致訪問延時大，功耗高。如果多個源對同一地址進行讀寫操作，為保證數據的一致性，必須鎖存地址，這樣很容易形成訪問瓶頸。針對這種情況，華為ENP集成了SmartMemory，讓存儲單元集成了一些計算和判斷處理的能力，用以減少主計算單元與SmartMemory之間的操作交互，大大提高了計算單元與存儲單元之間的訪問效率。
另外，SmartMemory還集成了華為自研的查找算法引擎（Search Engine）、協處理器（Co-Processor）和流量管理器（Traffic Management），囊括了商用NP或ASIC對內存操作的所有算法，如查找、運算、讀寫等等，可以被ENP任何功能單元(如流量限速、統計)所調用。
百萬級別流表，全面支持Hybrid Openflow
基于Hybrid Openflow的SDN網絡方案，采用Openflow和傳統路由雙平面來進行不同的轉發控制，用于傳統網絡向SDN進行過渡。通過可編程的方式和高達16M的流表資源，基于ENP的交換機可同時支持Openflow和傳統以太數據包轉發，幫助用戶實現從傳統網絡向SDN的遷移 。
先進的降功耗措施使得ENP具有和ASIC比平的能耗表現
ENP可以從三個方面降低設備功耗。
首先，ENP集成度高，一個ENP可完成多個芯片的功能。交換機的功耗主要來源于設備內的芯片，芯片數量越多整機的功耗就越高。一般來說，完成大表項和大緩存功能需要用分離的兩個芯片來完成，一個完成轉發，另一個用于報文緩存。而華為ENP將兩顆芯片集成為一顆芯片，有效地降低了功耗。
其次，通過業界先進的電壓控制器來減少靜態功耗。芯片的功耗由兩部分組成，一部分是靜態功耗，另一部分是動態功耗，前者占總體功耗的40%，后者占60%。靜態功耗與晶體管工作電壓成正比，晶體管工作電壓可根據各芯片在加工過程中形成獨特的電氣屬性來調整。
最后，可通過改變晶體管工作電壓和時鐘頻率來降低動態功耗。ENP集成華為獨創的測速器，可以檢測芯片內部流量，自動調整工作時鐘頻率。例如原有的時鐘頻率是400MHz，若降低到300MHz，則動態功耗會降低到原有的75%。另外，當流量減少時，還可以關閉空閑的NPU組來減少功耗。
選擇ENP 選擇未來
以太網在向更敏捷、更智能、更安全、更高速、更高服務品質的方向持續演進，新一代以太網產品和技術山雨欲來，靈活敏捷、智能應對業務需求是新一代以太網絡的核心競爭力。而以太網交換機對于數據、語音、通信、視頻、移動等綜合的敏捷支持迫在眉睫，華為站在市場前沿，以前瞻性創新為起點所帶來的ENP芯片，既能像商用ASIC那樣提供線速的轉發能力并保持低功耗，同時又比商用NP更靈活，必將重新定義以太網轉發技術，成為新一代以太網交換機的核心轉發技術標準。 
