網絡處理器芯片主要用于構建網絡通信基礎設施平臺，對于位于網絡通信終端節點的用戶來說，通常是透明而不可見的。因此，與通用CPU以及嵌入式CPU等大眾電子消費密切相關的通用處理器芯片相比，網絡處理器(Network Processor)芯片一直以來很少能夠獲得廣泛的關注。

　　實際上，網絡處理器廣泛應用于包括路由器、交換機等各類網絡核心設備中，它特定應用于網絡通信領域的各種任務，例如報文處理、協議分析、路由查找、防火墻以及QoS等。網絡處理器芯片對于網絡通信基礎設施的重要性，阿爾卡特朗訊公司的 Basil Alwan有一句話形容得很貼切，“網絡處理器是網絡設備最根本的基因，它定義了路由器平臺的能力、可擴展性以及面向未來演化的可能性^[1]”。

　　國內外研制情況

　　經過多年的發展，網絡處理器正逐漸替代網絡通信設備中固定功能的ASIC芯片，已成為構建網絡通信系統的戰略性核心器件。商用網絡處理器市場在不斷增長，而市場上網絡處理器芯片產品則基本上來自國外廠商。

　　傳統網絡處理器按核心處理單元的不同可以分為兩類，即基于微核的網絡處理器(NPU)以及基于通用CPU核的網絡處理器(GNP)，主要區別如表1所示。

　　目前，典型商用網絡處理器芯片包括阿爾卡特朗訊的FP系列^[1]、Marvell 公司的Xelerated系列^[2]、EZchip的NP系列^[3]等。上述網絡處理器通常采用多核多線程、超流水等高級體系結構，利用功能部件定制優化、深亞微米集成電路設計等技術提高報文處理性能，其中多款網絡處理器可以達到400Gbps報文處理要求。

　　阿爾卡特朗訊公司的FP3網絡處理器集成共288個RISC Core，主頻可達1GHz，其中每32個Core為一個Cluster，共9個Cluster。它采用多Pipeline處理模型，FP3的報文轉發處理能力高達400Gbps。與FP3類似，Marvell公司的HX4100網絡處理器(原Xelerated公司)也采用類似的多Pipeline處理模型，通過集成數百個支持VLIW指令集的PISC(Packet Instruction set computer)專用處理器核，也可實現400Gbps線速報文處理。值得一提的是，HX4100流水線間得PISC采用同步數據流體系結構，從而避免了控制流模型中的指令相關性對性能的影響，可確保系統獲得確定性的處理性能。EZchip的NP-5采用Functional Pipeline處理模型，處理流程映射到4級面向任務優化的處理引擎，采用專用指令集，基于功能編程語言(FPL)開發，分組處理能力達到240Gbps。上述芯片產品都屬于基于微核的網絡處理器，大多采用流水線方式組織，以提供極高的報文轉發處理性能，在芯片功耗方面具有優勢，主要缺點是通常僅支持微碼編程，軟件開發復雜困難。

　　Broadcom公司的XLP II 900網絡處理器^[4]集成了多達80個通用CPU核(nxCPUs)，具有三級Cache存儲子系統和4個DDR3內存控制器，采用并行處理架構，可提供160Gbps報文轉發處理性能。通過集成安全加速引擎，其可支持高性能的加密、認證以及深度報文檢測等功能。Cavium公司的OCTEON III網絡處理器^[5]也采用并行架構，通過集成48個64位MIPSCPU核和大量的加速引擎，可提供100Gbps報文轉發處理能力，并支持廣泛的網絡業務處理硬件加速。上述芯片產品都屬于基于通用CPU核的網絡處理器(GNP)，面向支持多樣化網絡高層協議和業務處理設計，具有較強的可編程性，通常可以支持C/C++高級語言編程，并運行通用Linux操作系統，從而為開發人員帶來便捷。然而，集成度與功耗問題嚴重制約了GNP的性能提升。

　　從國內來看，華為、中興等網絡設備廠商以及國防科大等科研院所早已基于國外成熟網絡處理器芯片設計了多款高性能路由器產品，并已經在國內外市場上得到廣泛應用。國防科大、西安電子科大以及清華大學等單位在國內也較早開展了網絡處理器研制，取得了一定進展和技術積累，但與國外仍有一定差距，目前還沒有成熟的國產商用網絡處理器芯片產品。

　　隨著國家戰略層面對網絡通信基礎設施安全及自主創新能力的重視，作為構建網絡通信設備的核心器件，網絡處理器芯片的國產化將是一種必然。為了選擇一條切實可行的網絡處理器研制的技術途徑，必須充分把握網絡處理器研制所面臨的挑戰和技術發展趨勢。