网络芯片（networking processor）是一个提供在通信网络中发送和接收数据逻辑（包括声音和视频）的微处理器，有了它之后其他的附加设备就不需要这些功能了。

网络芯片(NP)技术的出现是为了适应下一代高速网络特点的需要，提供网络服务质量(QoS)控制，不断适应新的网络应用，发展新的网络管理模式以及快速响应市场对新的网络功能的需求而推出的一项新的芯片技术。它同时具有通用芯片和专用集成电路ASICs(Application-specificIntegratedCircuits)两方面的优点，既具有ASICs线速转发报文的高速度特性同时又具有通用芯片的可编程性。近来在这方面的研究非常活跃，国际各知名公司纷纷推出自己的产品和标准，如：C-Port(Motorola摩托罗拉公司)的C-5网络芯片；Agere公司(Lucent美国朗讯科技公司，原AT&T实验室)的网络芯片集；IBM(美国国际商用机器公司)网络芯片；Intel(美国英特尔公司，以生产CPU芯片著称)公司收购了DEC公司的Alpha处理器部门后，获得了StrongARM技术，并以此技术为基础成立了IXP1200网络处理器公司AD。相关的论坛，如：linley工作组举行NP技术高级培训班和研讨会并提供专家分析技术报告，分析各NP产品的市场份额，产品的优缺点等；在CSIX和CPIX共同努力下成立的网络芯片论坛；还有Intel网络芯片论坛。同时有关NP技术的国际会议也已开始，2001年10月23日第一次召开世界性的网络芯片会议(Network processor conference)，以后每年一次，2002年网络芯片会议将于2002年10月22—25日在美国举行。总之，NP技术是网络发展的趋向，它不仅可以减少开发商的开发成本，缩短开发时间，加快产品升级换代的能力，同时也保护用户的利益，减少用户在网络新功能需要的投资和升级换代的费用，所以无论在技术上还是在经济上都具有重要意义。

在网络发展初期，网络传输的速率较低，没有必要用专用的处理器处理分组，用原有的通用处理器就可以满足分组转发的速率要求，但随着网络速度的提高，通用处理器已经不能适应网络高速发展的需要。当网络的线速是10M时，路由器是基于软件设计的，它的好处是可提供具有不同特色的灵活性，可以通过更换软件的方式来增加新的功能和特性，缺点是速度慢，但这种性能在当时是可以接受的，因为路由器转发分组的速度完全可以跟上线路的速度。然而，随着100M甚至更高线速的出现，线速不再是网络的瓶颈，这时基于软件的路由器逐渐变成了网络的瓶颈，例如，大多数基于软件的路由器仅支持不高于155Mbps的线速吞吐量，因此，需要想办法提高路由器的性能，利用硬件处理分组的转发是很自然想到的方法，所以就出现了基于ASICs的路由器。

基于ASIcs的路由器仍是当前提高网络设备速率的主流，它的最大缺点是缺乏灵活性，一旦把特性嵌入到硅片上，就很难来增加新的特性和改善性能。设计和制造一个复杂的ASIC要花费12个月到两年的时间，这对路由器和交换机的厂商来说，需要在发展周期中提前推测出市场可能最需要的特性和协议，它以失去灵活性和快速响应市场的能力作为代价来获取速度。随着网络应用领域的迅速扩大，新的特性(虚拟局域网VLAN、虚拟专用网VPN等)和用户的新需求(多媒体、视频点播、视频会议等)不断出现和变化，这样，由于ASIC固有的不灵活性，导致厂商不能快速地对用户要求的功能做出响应，使厂商失去了快速响应市场的能力，于是人们在研究一种既能满足性能要求又能满足灵活的处理器，这就是网络芯片。除此之外，ASIC还有引脚太多(200～400个引脚)，价格昂贵等缺点。

另外，局域网流量的分布变化，也促进了网络芯片的发展。由于Internet规模和应用的发展，以往大部分的通信限于局域网内部，而现在有相当一部分的信息是和局域网外部网络进行交换的。而且这种趋势还会不断地增加，这使得分组将跑在更复杂的，多种多样的网络体系上，相应地，安全问题(如加密、授权与鉴定、高级监控和入侵监测等)也成为重点考虑的对象，为了提供不同服务质量(如IP广播、高级的服务质量QoS)，网络控制也将复杂得多，所有这些要求路由器和交换机变得更加智能，同时要以线速处理7层网络协议(OSI)的高层内容，以满足用户要求的不同服务，由于ASIC是用硬件来实现这些性能的，不能进行编程，所以就不能快速满足用户的这些新要求，于是，网络芯片技术应运而生。

网络芯片的两个基本特性是提供基于软件的灵活性和基于硬件的高性能性，为了达到这两个相互矛盾的目的，设计者需要想出新的思路和方法，同时根据实际问题找到二者的平衡点，否则，就不可能达到既具有高性能性又具有灵活性的目的，在这方面已经做了一些工作，总结出一些特性。

高性能保障除了提高硬件速度外，主要包括采用先进的计算机体系结构的方法和采取与网络芯片主要以快速转发分组为目的的特性相适应的措施来得到，下面是网络芯片在保证高性能方面常采用的措施。

网络处理器在因特网的核心层、边沿层和局域网/企业网中都能有广泛的应用。由于不同网络场合下网络处理的特点有所不同，网络处理器发挥的作用也有所不同。

LAN/企业网是企业或机构的专用网络，网络处理器应用包括：①保证服务质量QoS；②识别关键业务流，提供优先传输服务；③实现各种分类算法和流量工程，以实现用户在网络服务上的各种管理策略；④安全与网络监控：提供网络安全，防御内部和外部的恶意行为⑤提供Intranet防火墙；⑥提供虚拟专用网VPN。

边沿网的作用是实现流量分类汇聚，网络处理器应用于网络提供者(ISP)接入设备和数据中心，提供对新型业务和网络汇接的支持，主要包括：①业务管理；②实现基于业务等级协议(SLA)的业务质量管理；③提供VPN；④实现负载平衡；⑤媒体汇聚：分解装配各种类型的协议数据单元，执行协议转换；⑥安全与网络监控。

在核心网中，网络处理器用于在STM-16、STM-64甚至更高速率下实现多协议标号转换(MPLS)、区分服务(DiffServ)等协议需要的分段/重组、协议识别、协议数据单元分类、修改、流量工程等包处理操作，需要非常高的分组转发速率。

为了适应新一代Internet的需求，NP的处理能力可以通过以下三个方面改进实现。

基于以上三点，对IP设计的一些关键技术和解决方案再作进一步研究。

Agere(Lucent)公司的芯片集，包括快速图形处理器(FPP)，路由交换处理器(RSP)，和Agere系统接口(ASI)。它是一种平台处理器的解决方案，可以处理多项第二层的协议，处理速度可达OC-48的水平。Agere处理器的结构并不是依据RISC的构造，而是完全为分组处理应用重新设计的。Agere公司宣称，和以RISC为基础的解决方案相比，Agere的解决方案只需要提高处理器的时钟速度，就可以很容易地将处理速度提高到OC-192的水平。Lucent收购Agere以后，在平台NPU的竞争中，显著地增强了竞争的优势。Agere的技术和Lucent在光通讯层的专业知识相结合，可以产生重要的影响。

C-Port(Motorola)公司的C-5处理器，是平台NPU中集成度最高的产品。它有16个RISC芯核，32个串接数据处理器，和5个经过针对不同作业的需要，优化过的处理器卸载。C-5可以执行第七层以下的分组分类作业，速度为5Gbps。从C-5的处理能力，和它的每只400美元的售价来看，它是属于市场中高档应用产品。此外，C-Port公司还十分重视软件平台(C-ware)和开发工具的提供。它的着眼点是促进第三方的开发人员使用C-5，并以C-5为载体去开发分组处理应用软件和外围部件。

Motorola公司于2000年2月收购C-Port公司后，已是分组处理应用方面领先的CPU供应商。加上Motorola的丰富资源，特别是Motorola的PowerQuickRISC处理器(与C-处理器具有互相补充的增效作用)，C-Port公司的C-/C-Ware解决方案，很可能成为领先的平台NPU，尤其是在高端的市场部分。

IBM已经开发了两种平台NPU，用于高端的NPU，命名为Rainier。Rainier的集成度很高，有16个RISC处理器芯核和一个嵌入的MAC和/或POS帧形成器，系统用户没有必要再另寻处理器。对低端应用，IBM开发了一种命名为Charm的以RISC为基础的处理器。Charm是以企业的LAN和WAN接入作为应用对象。由于IBM在网络芯片方面可以提供的产品十分丰富，因此它打算为生产各种各样网络设备的厂商提供全套的芯片。用户到它的公司可以完全解决问题，无须再找其它厂商。很明显，IBM以其丰富的资源和在网络芯片市场中已经占据的地位，一定可以围绕它的平台NPU成功地建立起具有竞争力的价值链。

IXP1200NPU公司生产的IXP1200，在性能方面落在它的许多对手之后。但是IXP1200可以完成第三层以下的分组交换处理功能，速度达到1Gbps，因此它在许多网络产品中仍可以使用。此外，Intel有可能使它的价格降得比对手都低。IXP1200最具吸引力的地方也许在于Intel公司围绕IXP1200所建立的第三方厂商的价值链。Intel成立IXA开发者论坛(Internet Exchange Architecture Developer's Forum)，明确宣布将以该组织为中心建立完整的价值链。Intel还采取积极的兼并战略增强IXA，并努力为它的系统厂商用户增值；同时也积极为IXA开发者论坛的其它成员增值。Intel通过这样的方式极有可能会在市场中成功地建立平台NPU的竞争优势。

NP技术是近两年在网络领域发展起来的一项非常重要的技术，是未来发展各种网络应用的基础，它在增加灵活性的基础上，仍保持了高速传递分组的能力。现在可以达到OC-768(相当于40Gbps)，IP报文转发速率的体系结构的设计已经出现。各大公司也纷纷推出自己的NP产品和标准，抢占市场份额和保持领先地位。在这种形势下，我们必须加强这方面的研究，学习国外的先进技术，开发自己的产品。