Mémoires associatives algorithmiques pou l'opération de recherche du plus long préfixe sur FPGA

Les réseaux prédiffusés programmables — en anglais Field Programmable Gate Arrays (FPGAs)— sont omniprésents dans les centres de données, pour accélérer des tâches d'indexations et d'apprentissage machine, mais aussi plus récemment, pour accélérer des opérations réseaux. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'opération de recherche du plus long préfixe en anglais Longest Prefix Match (LPM) — sur FPGA. Cette opération est utilisée soit pour router des paquets, soit comme un bloc de base dans un plan de données programmable. Bien que l'opération LPM soit primordiale dans un réseau, celle-ci souffre d'inefficacité sur FPGA. Dans cette thèse, nous démontrons que la performance de l'opération LPM sur FPGA peut être substantiellement améliorée en utilisant une approche algorithmique, où l'opération LPM est implémentée à l'aide d'une structure de données. Par ailleurs, les résultats présentés permettent de réfléchir à une question plus large : est-ce que l'architecture des FPGA devrait être spécialisée pour les applications réseaux ? Premièrement, pour l'application de routage IPv6 dans le réseau Internet, nous présentons SHIP. Cette solution exploite les caractéristiques des préfixes pour construire une structure de données compacte, pouvant être implémentée de manière efficace sur FPGA. SHIP utilise l'approche ńdiviser pour régnerż pour séparer les préfixes en groupes de faible cardinalité et ayant des caractéristiques similaires. Les préfixes contenus dans chaque groupe sont en-suite encodés dans une structure de données hybride, où l'encodage des préfixes est adapté suivant leurs caractéristiques. Sur FPGA, SHIP augmente l'efficacité de l'opération LPM comparativement à l'état de l'art, tout en supportant un débit supérieur à 100 Gb/s. Deuxièment, nous présentons comment implémenter efficacement l'opération LPM pour un plan de données programmable sur FPGA. Dans ce cas, contrairement au routage de pa-quets, aucune connaissance à priori des préfixes ne peut être utilisée. Par conséquent, nous présentons un cadre de travail comprenant une structure de données efficace, indépendam-ment des caractéristiques des préfixes contenus, et des méthodes permettant d'implémenter efficacement la structure de données sur FPGA. Un arbre B, étendu pour l'opération LPM, est utilisé en raison de sa faible complexité algorithmique. Nous présentons une méthode pour allouer à la compilation le minimum de ressources requis par l'abre B pour encoder un ensemble de préfixes, indépendamment de leurs caractéristiques. Plusieurs méthodes sont ensuite présentées pour augmenter l'efficacité mémoire après implémentation de la structure de données sur FPGA. Évaluée sur plusieurs scénarios, cette solution est capable de traiter plus de 100 Gb/s, tout en améliorant la performance par rapport à l'état de l'art.