在FPGA上的高吞吐量和内存高效的管道关键值存储架构
Xinshuo Wang1,2, Lei Liu1,2, Yifei Li1,2
1National Network New Media Engineering Research Center, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, No. 21, North Fourth Ring Road, Haidian District, Beijing 100190, China.
Micromachines
|December 31, 2025
概括
本研究介绍了一种基于FPGA的关键值存储 (KVS),以提高网络安全性能. 新型的多级多散列设计实现了高吞吐量和内存效率,适用于苛刻的网络应用程序.
科学领域:
- 计算机工程 计算机工程
- 网络安全 网络安全
- 硬件加速器 硬件加速器
背景情况:
- 网络速度的增加需要高性能网络安全和监控系统.
- 关键值存储 (KVS) 是现代网络安全应用中的关键组件.
- 现有的KVS解决方案在吞吐量和存储利用方面面临挑战.
研究的目的:
- 提出并实施基于FPGA的KVS架构.
- 为了提高KVS的性能,特别是吞吐量和内存利用率.
- 在高速网络环境中解决当前KVS设计的局限性.
主要方法:
- 开发了一种多层次的多哈希方法来实现FPGA.
- 使用了脱存储设计,以提高内存效率.
- 实施了管道计划,以最大限度地提高运营吞吐量.
主要成果:
- 通过解存储实现了超过95%的内存利用率.
- 实现了每秒4亿个请求 (MRPS) 的高性能.
- 对于插入,查询和删除操作的低延迟保持在60秒.
结论:
- 拟议的基于FPGA的KVS有效地处理曲的工作负载,并避免错误的错误/插入.
- 这种架构为网络安全系统提供了显著的性能和功率效率改进.
- 该设计满足了高速网络流量对KVS性能日益增长的需求.


