Neptune：一种通用网络处理器微结构模拟和性能仿真框架

来源：计算机研究与发展杂志2025年第5期北京时间：

作者：林涵越,吴婧雅,卢文岩,钟浪辉,鄢贵海,

摘要：网络包处理是网络设备的基本功能，涉及报文修改、校验和与哈希计算、数据包镜像或过滤、统计限速等多项任务.作为网络包处理的重要部件，网络处理器（networkprocessor，NP）基于处理器结构，为网络设备提供线速的性能和充分的可编程能力，但其架构多样，可分为单段式架构和多段式架构，现有模拟方法无法同时对二者性能进行模拟仿真.因此，提出一种通用网络处理器的结构模拟和性能仿真框架Neptune，采用多段式架构作为硬件抽象，使用事件链表、核间队列结构为数据通路和多段式架构模拟提供保障，同时满足单段式架构模拟需求.另外，借助同步图计算模式进行准确的并行模拟，并采用混合事件与时间驱动方法保障模拟高效性.实际测试中，Neptune以95%以上准确率支持2种架构的模拟，并以3.31MIPS的性能对网络处理器进行模拟，相较PFPSim取得1个数量级的性能提升.最后，展示了3个运用该框架进行网络处理器优化分析的应用案例.

关键词：网络包处理, 网络处理器, 可编程数据面, 专用处理器, 模拟器,