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摘要
针对量化高频交易应用场景对数据传输低延迟高带宽的需求，定制一种领域专用的TCP/IP协议栈，并将其卸载到专用硬件加速模块上。采用模块化设计实现专用硬件逻辑，并与FAST协议硬件加速模块共同构成完整的低延迟高带宽高频交易系统。通过调整最大报文长度，实现64 Byte数据对齐，提升内核与高带宽内存（HBM）间的读写速率，并对内存结构进行优化，实现主机端与HBM间的4通道并行读写管理。对各功能模块进行数据流优化，最终构建全流水线架构。模块间统一使用AXI4-Stream接口连接，并绕过内存进行数据传输，实现传输性能的提升。实验结果表明，TCP/IP卸载引擎在Xilinx Alevo U50数据中心加速卡上可获得38.28 Gb/s的网络吞吐率，基础网络通信穿刺延迟最低为468.4 ns，在叠加FAST解码协议后延迟为677.9 ns，与传统软件处理网络堆栈（Intel i9-9900x+9802BF）的方式相比，TCP/IP引擎的吞吐率提升1倍，延迟降低为1/12，且延迟稳定，波动范围在10 ns左右，在满足量化高频交易场景需要的同时，有效减轻了CPU的负载。
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