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RDMA硬體設計--原理架構與工程實現(精)

  • 作者：楊惠//厲俊男//荀鵬//溫冬|責編:崔雲
  • 出版社：國防工業
  • ISBN：9787118145168
  • 出版日期：2026/10/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：169
人民幣：RMB 90 元      售價：元
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內容大鋼
    遠程直接內存訪問（RDMA）是面向高性能互聯場景的核心網路技術，作為AI訓練集群、高性能計算、超大規模數據中心的底層互連核心，其廣泛應用於高速網卡、智能網卡、AI加速卡等設備中。由於不同應用場景對RDMA技術的帶寬、延遲、可編程性、硬體實現代價等方面的差異化需求，市面主流的RDMA相關書籍多聚焦軟體編程與系統應用，缺乏針對硬體設計全流程的系統內容，無法滿足產業、科研與教學領域的核心需求。本書在系統性梳理RDMA技術發展歷程、核心協議規範與底層原理的基礎上，遵循基礎原理、核心設計、工程實現、場景落地、前沿趨勢的邏輯遞進結構，深入講解RDMA網卡整體硬體架構、核心硬體模塊的設計細節與實現方案，配套FPGA原型設計流程工程實踐，同時對RDMA智能擁塞控制演算法、軟體驅動與開發介面等關鍵技術展開系統講解，最後展望了可編程RDMA、芯粒化設計、智能網卡卸載、CXL內存解聚等前沿技術發展趨勢，可有效指導新型RDMA硬體架構設計與關鍵技術研究。
    本書可供RDMA硬體設計相關科研工作者、晶元與硬體工程技術人員參考，也可作為高等院校電子信息、電腦、微電子等相關專業研究生的教學參考書。
作者介紹
楊惠//厲俊男//荀鵬//溫冬|責編:崔雲
目錄
第1章 RDMA技術概述與發展
  1.1 網路I/O模型的演化
    1.1.1 傳統TCP/IP網路與RDMA網路
    1.1.2 RDMA基本概念與核心優勢
  1.2 RDMA技術發展歷程
    1.2.1 RDMA技術起源（1990s—2000s：InfiniBand時代）
    1.2.2 RDMA演進（2010s：RoCE與iWARP標準化）
    1.2.3 RDMA普及（2020s：AI與高性能計算驅動）
  1.3 RDMA典型應用場景
    1.3.1 高性能計算集群互聯
    1.3.2 數據中心分散式存儲網路
    1.3.3 AI訓練集群互聯
  1.4 國內外研究現狀
    1.4.1 工業界研究進展
    1.4.2 學術界研究進展
  1.5 RDMA硬體設計面臨的挑戰
    1.5.1 納秒級延遲設計約束
    1.5.2 線速帶寬匹配要求
    1.5.3 可靠傳輸協議處理
    1.5.4 軟硬體協同設計複雜度
    1.5.5 QP上下文管理的擴展性
    1.5.6 通信與計算的軟硬體協同
  1.6 本書結構與內容概覽
  1.7 本章小結
第2章 RDMA協議標準與原理
  2.1 隊列對模型
    2.1.1 發送隊列與接收隊列
    2.1.2 完成隊列與完成隊列條目
    2.1.3 內存區域與地址轉換
    2.1.4 保護域
    2.1.5 QP狀態機
  2.2 RDMA操作原語
    2.2.1 Send/Receive操作
    2.2.2 RDMA Read操作
    2.2.3 RDMA Write操作
    2.2.4 RDMA Write Imm操作
    2.2.5 Atomics原子操作
  2.3 RDMA服務類型
    2.3.1 可靠連接
    2.3.2 不可靠數據報
    2.3.3 建鏈
    2.3.4 其他服務類型
  2.4 RDMA傳輸層協議棧對比
    2.4.1 InfiniBand協議棧
    2.4.2 RoCEv1 vs RoCEv2
    2.4.3 iWARP協議棧
    2.4.4 三種RDMA協議對比
  2.5 RDMA報文格式解析
    2.5.1 BTH
    2.5.2 RETH

    2.5.3 AETH
    2.5.4 AtomicETH
    2.5.5 ATOMICACKETH
    2.5.6 RoCEv2完整報文結構
  2.6 可靠傳輸機制
    2.6.1 序列號與重傳
    2.6.2 數據包排序保證
  2.7 本章小結
第3章 RDMA硬體整體架構
  3.1 RDMA硬體設計目標與約束
    3.1.1 性能指標：延遲、帶寬、吞吐量
    3.1.2 資源約束：FPGA片上存儲、邏輯資源
    3.1.3 功耗與面積約束
  3.2 RDMA網卡整體硬體架構
    3.2.1 整體功能模塊劃分
    3.2.2 數據通路流水線劃分
    3.2.3 控制通路與配置介面
  3.3 接收報文通路
    3.3.1 物理層PCS/PMA介面
    3.3.2 MAC層處理
    3.3.3 IB/RoCE報文解析
  3.4 發送報文通路
    3.4.1 發送請求處理
    3.4.2 報文封裝
    3.4.3 流量整形與調度
  3.5 核心功能模塊
    3.5.1 地址轉換模塊
    3.5.2 協議處理與QP上下文管理
    3.5.3 DMA引擎
    3.5.4 重傳與可靠傳輸處理
    3.5.5 完成隊列CQ處理
    3.5.6 主機介面
  3.6 超級乙太網聯盟（UEC）與RDMA的未來
  3.7 虛擬化、安全與運維的硬體支撐
    3.7.1 SR-IOV與硬體資源切片
    3.7.2 安全卸載：PSP、TLS與MACsec
    3.7.3 硬體遙測與在線診斷
  3.8 本章小結
第4章 RDMA關鍵模塊硬體設計
  4.1 隊列對管理模塊
    4.1.1 隊列對數據結構
    4.1.2 存取介面設計
    4.1.3 多QP查找流水線
    4.1.4 創新架構：Cache-free QP調度器
    4.1.5 多租戶環境下的資源隔離與HT-Verbs框架
  4.2 內存區域與高性能地址轉換
    4.2.1 虛擬地址到物理地址轉換
    4.2.2 多級頁表硬體遍歷
    4.2.3 TLB緩存設計
    4.2.4 PART內存管理機制

  4.3 DMA引擎設計
    4.3.1 PCIe DMA讀寫請求產生
    4.3.2 分散聚集處理
    4.3.3 DMA請求流水線
    4.3.4 數據流水線優化
  4.4 可靠傳輸與重傳處理
    4.4.1 序列號管理
    4.4.2 定時器管理
    4.4.3 重傳隊列管理
    4.4.4 流控信用管理
  4.5 完成隊列CQ處理與中斷管理
    4.5.1 完成條目CQE生成
    4.5.2 中斷壓縮與自適應聚合
    4.5.3 完成事件通知機制
  4.6 PCIe主機介面設計
    4.6.1 PCIe匯流排基礎
    4.6.2 命令隊列處理
    4.6.3 PCIe DMA實現注意事項
    4.6.4 PCIe介面的性能調優：門鈴聚合與寫合併
  4.7 跨層協同與DPU時代的硬體架構演進
    4.7.1 靈活的傳輸邏輯模板：Tonic架構
    4.7.2 硬體資源的微架構遙測與建模
  4.8 本章小結
第5章 基於FPGA的RDMA原型設計
  5.1 設計需求與資源分析
    5.1.1 設計目標：支持RoCEv2 100Gb/s
    5.1.2 FPGA平台選擇
  5.2 整體模塊劃分與介面定義
    5.2.1 頂層模塊劃分
    5.2.2 模塊之間的AXI介面定義
    5.2.3 時鐘與複位設計
  5.3 各模塊RTL實現要點
    5.3.1 WQE_Deal模塊實現
    5.3.2 RS_Pkt_Struct模塊實現
    5.3.3 RC_CTRL模塊實現
    5.3.4 RoCE_Pkt_Parse模塊實現
    5.3.5 Req_Pkt_Deal模塊實現
    5.3.6 Ack_Pkt_Deal模塊實現
    5.3.7 CQE_Deal模塊實現
    5.3.8 RoCE_Pkt_Struct模塊實現
  5.4 時序分析與布局布線優化
    5.4.1 關鍵路徑分析
    5.4.2 時序約束編寫要點
    5.4.3 布局優化策略
  5.5 功能模擬與驗證
    5.5.1 模塊級模擬方法
    5.5.2 系統級測試環境搭建
    5.5.3 覆蓋率分析
  5.6 上板測試與調試
    5.6.1 測試環境搭建

    5.6.2 基本連通性測試
    5.6.3 性能測試方法
  5.7 本章小結
第6章 RDMA智能擁塞控制演算法設計
  6.1 RDMA擁塞控制技術研究動機
    6.1.1 研究背景
    6.1.2 技術挑戰
  6.2 RDMA智能擁塞控制架構設計
    6.2.1 設計目標
    6.2.2 整體架構
    6.2.3 RL演算法模塊
    6.2.4 通信中間件
  6.3 智能擁塞控制演算法輕量化部署
    6.3.1 強化學習演算法選擇
    6.3.2 LUT-Prism：智能擁塞控制演算法輕量化技術
    6.3.3 查找表映射
  6.4 本章小結
第7章 RDMA軟體驅動與開發介面
  7.1 Linux RDMA子系統架構
  7.2 RDMA網卡驅動開發
    7.2.1 設備註冊與初始化
    7.2.2 QP創建與資源管理
    7.2.3 MR內存註冊處理
    7.2.4 事件上報處理
  7.3 用戶態編程介面
    7.3.1 ibverbs API基礎
    7.3.2 基本操作API使用流程
  7.4 常用編程模型
    7.4.1 雙邊通信模型
    7.4.2 單邊RDMA讀寫模型
    7.4.3 基於完成隊列的輪詢與中斷
  7.5 調試與性能測試工具
    7.5.1 ibv_devinfo：設備信息查詢
    7.5.2 Perftest：RDMA基準性能測試
    7.5.3 rdma-pingpong延遲測試
  7.6 本章小結
第8章 RDMA技術發展趨勢
  8.1 可編程RDMA與P4可編程數據平面
    8.1.1 P4語言與可編程數據平面
    8.1.2 可編程RDMA架構設計
    8.1.3 可編程RDMA應用場景
  8.2 芯粒化RDMA設計
    8.2.1 RDMA芯粒化架構
    8.2.2 芯粒化RDMA設計挑戰
  8.3 智能網卡上RDMA卸載
    8.3.1 RDMA+SmartNIC集成架構
    8.3.2 RDMA卸載增強功能
    8.3.3 性能收益案例
  8.4 CXL與內存解聚中的RDMA
    8.4.1 CXL協議基礎

    8.4.2 CXL與RDMA的融合架構
    8.4.3 性能分析與權衡
  8.5 廣域遠距離RDMA與跨域RoCE傳輸
    8.5.1 長距RDMA的核心挑戰
    8.5.2 廣域RDMA關鍵技術體系
    8.5.3 典型廣域RDMA架構與典型應用
  8.6 本章小結
參考文獻

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