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PCI-Expressとイーサネットを統合する
次世代インタフェースを開発
~サービスプラットフォームの拡張性・信頼性向上と運用管理容易化を実現~

2006年12月 6日
日本電気株式会社


NECはこのたび、コンピュータやネットワーク機器、計測器などの装置内部インタフェースとして広く使われているPCI-ExpressとLANの世界標準であるイーサネットを統合した次世代インタフェース「ExpEther(エクスプレスイーサ)」を開発しました。

このたびの開発は、これまで個々のIT・NW機器内部に閉じていたシステムバス接続を、イーサネット上の共通のパケット通信基盤で統合可能にするもので、高度複雑化するサービスプラットフォームにおけるシステムの拡張性・信頼性の向上、容易なシステム運用・ハードウェア管理を実現する基盤技術です。

このたび開発した「ExpEther」の特長は以下の通りです。

(1) システムの拡張性・信頼性向上を実現
サーバやストレージ、ゲートウエイルータなどの内部を流れるPCI-Expressの実データをイーサネットに載せ替えて転送する技術を開発し、大多数のハードウェアをイーサネット上で接続可能としました。これにより、安価なイーサネット技術を用いて、装置内部用システムバス接続を、LAN接続した他の装置へシームレスに延長でき、システムの高拡張性を実現します。また、システムの再起動が必要であったPCI-Expressデバイスの追加削除をシステムの再起動なしで行うホットプラグ機能を実現したことにより、既存のサービスを止めることなくハードウェアの追加ができ、負荷の変動に強い高信頼なサービスを持続的に提供可能となります。
(2) 容易なシステム運用・ハードウェア管理を実現
イーサネット上でネットワークを仮想的に分離するVLAN機能を用いることで、ハードウェアを任意に組み合わせてサービスを提供できます。これにより、サービスに最適な仮想システムを簡単に構築でき、システム運用が容易になります。また、従来、IT系/NW系ハードウェアで分離していたバス接続を、単一のネットワークで統合して一体化管理することで、複雑化したハードウェアの管理も容易になります。

今後のユビキタス社会には膨大で多様化する情報を伝達・処理するネットワーク、すなわちNGNとよばれる「安心・安全」で「便利・快適」なネットワークと、そのネットワーク上で様々なサービスを提供するサービスプラットフォームの開発が望まれています。このサービスプラットフォームには、新たなサービスに対応したハードウェアを追加可能な高拡張性、サービスを止めない高信頼性、提供サービスに対応してシステム構成を容易に変更可能な運用容易性、複雑化したハードウェアリソースの管理容易性などの実現が求められています。
本技術は、こうした次世代サービスプラットフォームに求められる要件を実現するものです。本技術により、サービス継続中でも柔軟なハードウェアの拡張および再構成が可能となり、携帯電話キャリア・データセンタ・インターネットサービスプロバイダなど、サービスを中断できない環境で、負荷変動によるシステムダウンを回避しつつ、高信頼なサービス提供を続けることが可能になります。

新技術の詳細は以下の通りです。

(A) PCI-Expressをイーサネットに載せ替えて転送するブリッジエンジンを開発しました。本ブリッジエンジンは以下の特長を有します。
(1) PCI-Expressトンネリング機能
既存イーサネット(1Gbpsおよび10Gbps)を用いたPCI-Expressデバイスの接続が可能に。イーサネット上の転送遅延を隠蔽する技術により転送性能を劣化させないため、LANを用いた構成でも利用可能。
(2) PCI-Expressの接続形態を拡張
従来1つのCPUに対して多数のI/Oデバイスというツリー状の構成でしか接続できなかったPCI-Expressコネクションを、イーサネットの特徴である、多対多のメッシュ型ネットワーク形状の接続に拡張可能。この機能により、複数のCPUでI/Oを共有する構成も容易に実現可能。
(3) 既存システム対応拡張ホットプラグ機能
電源投入(ON)時に、CPU側ブリッジでPCIメモリ空間を予約しておくことで、システムを停止することなく後からのPCIハードウェアの自動追加/削除を実現。
(4) 高信頼イーサネット転送機能
標準のイーサネットに再送制御と輻輳制御を搭載し、複数ハードウェアが存在する環境下でパケット落ちのない高信頼なバス接続を実現。
(5) 既存PCIデバイス/BIOS/ドライバ/OSに変更不要な設計
本技術はPCI-Expressおよびイーサネットの中間層に位置するMACレイヤ間をブリッジ接続するため、上位および下位のレイヤに影響を与えず、これまでのハードウェアとソフトウェア資源を継承可能。
(B) 従来、CPU間はイーサネット、CPU-ストレージ間はファイバーチャネル接続を使用するなど、システムは複数のネットワークにより構成され、管理が複雑でした。本技術で実現するイーサネット上での一体化管理は、ハードウェアの追加・削除、接続性の維持・監視等の管理を容易にします。また、システムのハードウェアのグルーピングには、標準イーサネットの接続管理であるVLAN機能と(A)のホットプラグ機能を用います。例えばストレージの割り当て先をあるCPUから別のCPUへ変更する場合、ストレージ側に搭載されたブリッジのVLAN IDを変更先のCPUの所属するVLAN IDへ変更するだけで、変更先のCPU側のOSへストレージをアドインすることが可能です。

NECでは今後「ExpEther」を、CPU上で実行されるOS、ミドルウェア、アプリケーションなどのソフトウェア側の拡張性向上技術と組み合わせた柔軟なシステム構成方式の研究開発を進め、拡張性・信頼性の高いNGNサービスを提供する次世代サービスプラットフォームへの適用を図っていきます。

なお、NECはこのたびの成果を、12月6日から8日まで東京ビッグサイト(東京都・江東区)で開催される「C&Cユーザーフォーラム&iEXPO2006」で動態展示します。

なお、本研究の一部は総務省の委託研究「次世代バックボーンに関する研究開発」プロジェクトの成果です。

以上

本件に関するお客様からのお問い合わせ先

NEC 研究企画部 企画戦略グループ
http://www.nec.co.jp/contact/


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