Laminar：将数据中心 TCP 扩展至tera-bit 级的方案

我们提出了 Laminar，这是第一个在可编程可重构匹配-操作表 (RMT) 管道上实现 ASIC 级性能和能效的 TCP 协议栈，既保持灵活性又维持标准 TCP 语义和 POSIX socket 兼容性。Laminar 的核心挑战在于将 TCP 复杂的依赖状态更新与 RMT 的单向、顺序执行模型统一。为克服此挑战，Laminar 引入了三项新技术：乐观并发 (经下游验证的预测更新)、伪分段注入 (无需阻塞的循环依赖解决)、以及壁垒内处理 (单遍分段处理)。这些技术使 TCP 处理（包括重传、重组、流量控制和拥塞控制）能够作为简单匹配-操作流程实现。我们的 Intel Tofino 2 原型演示了 Laminar 具备扩展至 terabit 速度、灵活性和对网络动态的鲁棒性。Laminar 在 RPC 和流式工作负载（包括 NVMe-oF with SPDK）方面匹配 RDMA 的性能和能效，同时保持 TCP/POSIX 兼容性。相较于最先进的内核旁路 TCP，Laminar 可节省最高 16 个主机 CPU 核心，99.99% 尾延迟降低 5 倍，关键值存储的吞吐量每瓦提升 2 倍。规模化后，Laminar 实现近 10 亿包/秒，20 μs RPC 尾延迟。与固定功能卸载不同，Laminar 通过数据路径内扩展支持传输演进（选择性 ACK、拥塞控制变体、应用协作共享日志）。最后，Laminar 可推广至 FPGA SmartNIC， 在相同时序下以 3 倍性能超过 ToNIC 的单体设计。