隨著實施基於雲的服務和機器到機器通信所產生的資料呈指數級增長， 資料中心面臨重重挑戰。
這種增長毫無減緩態勢， 有業界專家預測內部資料中心機器對機器流量將會超出所有其他類型流量多個數量級。 這種顯著增長給資料中心帶來三個主要挑戰：
· 資料速度 – 接收與處理資料所需的時間增強了資料的接收和處理能力， 實現高速傳輸。 這使資料中心可支援近乎即時的性能。
· 資料種類 – 從圖像與視頻這樣的結構化資料到感測器與日誌資料這樣的非結構化資料， 可將不同格式的資料傳輸進來。
· 資料量 – 所有使用者提供的資料量。
對於眾多應用來說， 應對這些挑戰需要資料中心之間的直接通信。 例如， 提供索引、分析、資料同步、備份與恢復服務。 為支援資料中心間的通信， 需要使用非常大的資料管道， 同時， 用於在這些管道間傳輸資料的網路通常稱為資料中心互連 (DCI)。
DCI 發揮著舉足輕重的作用， 有助於資料中心部署規模擴展， 支援更多數資料中心以在給定地理區域內鋪開服務。 當然， 隨著資料中心數量的增加， 它們之間的互連程度也會隨之增強。
要想在資料中心內實現 DCI， 既可使用專用介面盒， 也可使用傳統的傳輸裝置。 使用專用介面盒能在外部資料中心(線路側)與資料中心內部網路(客戶側)之間提供介面。
由於資料中心記憶體有敏感資訊， 例如財務資訊、健康資訊以及其他業務的關鍵資訊， 因而資料安全性至關重要。 安全性漏洞會讓資料中心所有者喪失信心與信任並造成收入損失。 最糟糕的是， 如果安全性漏洞十分顯著， 還可能造成法律或監管後果， 從而影響運營。
因此， 無論是在資料中心內部還是在資料中心間的傳輸過程中， 資訊安全保障都是頭等大事。 這就要求 DCI 實現方案能在資料進出資料中心時支援對資料進行加密或解密。
當前的 DCI 實現方案採用以下技術之一：
· Bulk Layer 1 安全方案：利用類似於 AES256 的技術對整個內容進行加密和認證。 這是目前為止最具成本效益的方式， 能為大型點對點數據管道提供安全性。
· 由 IEEE 802.1 AE 定義的 MACsec：可對資料包進行單獨加密， 也可在硬體中輕鬆處理。 MACsec 可在 Layer 2 中提供安全性。
在 DCI 互連盒中， 通常只使用兩種安全技術中的一種。 然而， 隨著資料中心數量的增加， 找到可實現這兩種安全方法的解決方案十分必要， 讓使用不同安全方法的資料中心間能夠靈活地進行通信。 這需要 DCI 平臺具有靈活性且易於配置， 可從支援一種安全解決方案到支持另一種安全解決方案。 有了這種靈活性， 使用不同廠商技術的資料中心之間就能進行通信。
儘管新型資料中心的數量快速增加， 但現有資料中心在線路側與客戶側均有部署， 故也採用全新的標準。 DCI 互連盒必須足夠靈活才能應對多個升級週期， 跨越多代網路介面。
DCI 互連盒架構
出於對不同的安全技術與常規升級週期間歇的支援， DCI 互連盒架構需要能夠適應部署功能要求， 同時根據技術與標準變化實現簡單演進。
圖 1 - DCI 互連盒情景圖
要想實現對標準的適應性並為演進發展提供支援， 就需要可支援多種數位相干光學 (DCO) 線路側介面的架構。
越來越多地將 DCO 格式部署為可插拔格式， 並且能夠支援不同廠商線路側介面的特性實現了最大的靈活性。
客戶側介面則需要支援 10GE 至 400GE 的乙太網速率， 以及像 FlexE 的更新標準。
要將客戶側與線路側進行連接， 所需的解決方案不僅要提供介面功能， 還要能實現應用所需的安全解決方案。
諸如賽靈思 UltraScale+™ FPGA 的可程式設計邏輯可為 DCI 互連盒設計人員提供多種優勢。 可程式設計邏輯 IO 的高靈活性能實現任意到任意系統間的介面功能， 允許客戶側和線路側介面具備必要的 PHY 支援。
可程式設計邏輯的並行特性還可實現演算法的流水線化，以獲得最優輸送量。得益於可程式設計邏輯架構的並行特性，因為消除了傳統的系統瓶頸，該解決方案還具備更好的確定性。
此外，可程式設計邏輯也可實現現場升級，在採用標準時，可支援全新協議修訂版本的部署。可程式設計邏輯的這種可升級能力使 DCI 盒可以具備應用所需特性。該變更可通過 SDN 控制器來編排，因此，基於 FPGA 的 DCI 盒極具可塑性。在當今 SDN 控制的網路環境中，這樣一種基於應用的 DCI 盒特性會形成極大優勢。
就 FPGA 應用的開發而言，存在多種可用來加速功能性的由高級軟體定義的環境。它們包括 SDAccel™、SDNet™ 與 SDSoC™ 設計環境，統稱為 SDx。這些環境支援使用高層次綜合對 FPGA 應用進行開發。當與重配置加速棧 (Reconfigurable Acceleration Stack) 相結合時，開發人員就可以使用業界標準框架與庫集成資料中心。
圖 2 – SDx 開發環境
總結
資料中心正在經歷顯著增長，並通過使用 DCI 這樣的技術使之間的互連變得越來越緊密。DCI 互連盒可提供互連功能與資料交易處理的安全保護功能，同時還可在 DCI 與資料中心功能與標準演進發展的同時支援路徑升級。
FPGA，例如賽靈思 UltraScale+ 系列，可提供靈活的高性能解決方案，並可使用 SDx 工具鏈加速該解決方案的開發，提供高級設計環境。
允許客戶側和線路側介面具備必要的 PHY 支援。可程式設計邏輯的並行特性還可實現演算法的流水線化，以獲得最優輸送量。得益於可程式設計邏輯架構的並行特性，因為消除了傳統的系統瓶頸，該解決方案還具備更好的確定性。
此外，可程式設計邏輯也可實現現場升級，在採用標準時，可支援全新協議修訂版本的部署。可程式設計邏輯的這種可升級能力使 DCI 盒可以具備應用所需特性。該變更可通過 SDN 控制器來編排，因此，基於 FPGA 的 DCI 盒極具可塑性。在當今 SDN 控制的網路環境中，這樣一種基於應用的 DCI 盒特性會形成極大優勢。
就 FPGA 應用的開發而言，存在多種可用來加速功能性的由高級軟體定義的環境。它們包括 SDAccel™、SDNet™ 與 SDSoC™ 設計環境，統稱為 SDx。這些環境支援使用高層次綜合對 FPGA 應用進行開發。當與重配置加速棧 (Reconfigurable Acceleration Stack) 相結合時，開發人員就可以使用業界標準框架與庫集成資料中心。
圖 2 – SDx 開發環境
總結
資料中心正在經歷顯著增長，並通過使用 DCI 這樣的技術使之間的互連變得越來越緊密。DCI 互連盒可提供互連功能與資料交易處理的安全保護功能，同時還可在 DCI 與資料中心功能與標準演進發展的同時支援路徑升級。
FPGA，例如賽靈思 UltraScale+ 系列，可提供靈活的高性能解決方案，並可使用 SDx 工具鏈加速該解決方案的開發，提供高級設計環境。