MaxLinear：面向宽带网关与高速连接的网络处理器企业
MaxLinear, Inc. 是一家美国无晶圆厂半导体公司，成立于 2003 年，总部位于美国加利福尼亚州 Carlsbad，在纳斯达克上市，股票代码为 MXL。
公司最早以 RF 射频、模拟和混合信号芯片起家，后来不断扩大到宽带接入、以太网、Wi-Fi、光通信、5G 无线基础设施、数据中心互连以及网络处理器等领域。
今天的 MaxLinear 已经是一家横跨模拟、数字和网络通信芯片的综合半导体企业。
它虽然不像一些专业 NPU 公司那样只开发网络处理器，但 MaxLinear 官方确实拥有明确的 Gateway Processor 和 Network Processing Unit 产品，并且网络数据包处理已经成为其宽带网关 SoC 的核心能力之一。
MaxLinear 的网络处理器从哪里来
MaxLinear 网络处理器业务的重要转折点发生在 2020 年。当年 MaxLinear 以约 1.5 亿美元收购 Intel 的 Home Gateway Platform Division，也就是家庭网关平台部门。
Intel 这部分业务包括 Wi-Fi Access Point、Ethernet 和 Home Gateway SoC 等产品。
通过这次收购，MaxLinear 不仅获得了一批宽带网关芯片，还获得了大型数字 SoC、网络处理、Ethernet 和家庭网关软件方面的技术能力。
因此，今天 MaxLinear 的网络处理器产品，与普通意义上的独立 Ethernet 控制器并不相同。
它的核心方向是把 CPU、NPU、Packet Processor、Ethernet、PON、Wi-Fi 接口和各种硬件加速器整合到一颗 Broadband Gateway SoC 中。
这类芯片可以直接成为家庭宽带网关、运营商路由器以及多 WAN 网关的核心处理器。
AnyWAN 网络处理器平台
MaxLinear 把目前这类产品称为 AnyWAN Gateway Processors。
AnyWAN 的意思可以简单理解为“一颗处理器支持多种 WAN 接入方式”。
WAN 是 Wide Area Network，也就是广域网。
在家庭宽带设备中，WAN 通常指连接运营商网络的一侧，而 LAN，也就是 Local Area Network，则连接家庭内部的电脑、手机、电视和其他设备。
不同运营商可能使用完全不同的接入技术，例如 Fiber 光纤、PON、DSL、Cable DOCSIS、Ethernet 或 5G Fixed Wireless Access。
过去设备厂商经常需要为不同 WAN 技术开发不同的网关平台，而 MaxLinear AnyWAN 的目标，是让同一个 SoC 平台能够支持多种宽带接入方式。
目前 MaxLinear AnyWAN 系列包括 GRX350、GRX550、MxL25641、URX850 和 URX851 等产品。
GRX550 网络处理器
GRX550 是 MaxLinear 很有代表性的一款网络处理器。
MaxLinear 官方直接把它定义为 “AnyWAN SoC Multicore Networking Processor for Home Gateways and Routers”，也就是面向家庭网关和路由器的多核网络处理器。
GRX550 内部集成一个多核 Network Processing Unit，也就是 NPU 子系统，并结合硬件加速器和可编程数据包处理引擎。
这里需要特别说明：本文里的 NPU 是 Network Processing Unit，也就是网络处理单元，并不是今天 AI 芯片中经常出现的 Neural Processing Unit，也就是神经网络处理单元。
两者缩写都是 NPU，但用途完全不同。
Network Processing Unit 主要处理网络数据包，而 Neural Processing Unit 主要执行神经网络计算。
NPU 为什么重要
路由器收到一个网络数据包之后，并不是简单地把数据从一个端口复制到另一个端口。
设备可能需要检查数据包头部、判断目的地址、执行 NAT、选择路由、检查防火墙规则、执行 QoS、加密 VPN 数据、识别数据流，然后决定应该从哪个接口把数据发送出去。
如果所有这些工作都让普通 CPU 通过软件完成，在高速网络环境下会消耗大量 CPU 性能。
Network Processing Unit 的作用，就是把这些经常重复执行的数据包处理任务从通用 CPU 上卸载下来。
这种过程通常叫做 CPU Offload，也就是 CPU 卸载。
CPU 因此可以把更多计算能力用于管理界面、应用服务、网络控制、安全软件和其他高级功能。
GRX550 的数据包处理能力
GRX550 的 NPU 包含多个处理核心，并结合硬件加速和可编程多级处理引擎。
根据 MaxLinear 的官方资料，它可以在 CPU 负载接近零的情况下处理超过 800 万个数据包每秒。
Packets Per Second，也就是 PPS，是网络处理器中一个非常重要的性能指标。
网络芯片不仅需要看 Gbps，也就是每秒可以传输多少 Gigabit 数据，还需要看每秒能够处理多少个数据包。
例如大量 64 Byte 小数据包可能不会占满网络带宽，却会产生非常高的数据包处理压力，因此 PPS 对路由器、交换机和网络处理器都非常重要。
GRX550 还集成 carrier-grade QoS，也就是运营商级服务质量控制，可以使用队列、调度器和流量整形器管理不同网络流量。
它同时提供 VPN、IPsec、TLS 和存储等硬件加速功能。
集成 Ethernet Switch
GRX550 内部还集成一个非阻塞七端口 Gigabit Ethernet Switch。
Ethernet Switch，也就是以太网交换机，可以让多个 Ethernet 端口之间直接交换数据。
“非阻塞”通常意味着交换结构拥有足够的内部带宽，使多个端口能够同时高速传输，而不必因为内部交换能力不足产生严重瓶颈。
把 Ethernet Switch 直接集成到 Gateway SoC 里面，可以减少路由器主板上的独立芯片数量，从而降低系统成本、功耗和 PCB 复杂度。
因此 GRX550 实际上已经不是简单意义上的 CPU，而是一颗把 CPU、NPU、Ethernet Switch、网络加速和外围接口整合起来的网络 SoC。
URX850 与 URX851
MaxLinear 后来的 URX850 和 URX851 又进一步提高了 AnyWAN 平台的性能。
URX850 是一颗四核宽带网关 SoC，集成四个 2.5 Gigabit Ethernet PHY，并面向 10G 宽带和 Wi-Fi 7 网关。
它内部的 Packet Processing Engine 可以对网络流量进行完整 CPU Offload。
根据 MaxLinear 官方数据，它最高可以处理约 3000 万个数据包每秒，并能够处理大约 35Gbps 的 Ethernet、Wi-Fi 和 WAN 总流量。
这已经明显进入高速网络处理器的性能范围。
URX850 内部还集成四个 2.0GHz x86 CPU 核心。
这形成了一个非常典型的现代网络 SoC 架构：
通用 CPU 负责控制和应用，专用 Packet Processor 负责高速数据面。
所谓 Data Plane，也就是数据平面，主要负责真正的数据包转发。
Control Plane，也就是控制平面，则负责建立路由、配置网络、执行管理和运行各种控制协议。
把两者分开，是很多现代网络设备使用的基本设计思想。
URX851 集成 PON
URX851 在 URX850 基础上进一步集成了 10G PON MAC。
PON 是 Passive Optical Network，也就是无源光网络，是目前家庭光纤宽带最重要的技术之一。
PON MAC 负责处理 PON 网络中的媒体访问控制和数据传输协议。
URX851 支持 XGS-PON 等高速光纤接入应用，同时集成四个 2.5GE PHY 和多组高速接口，因此可以直接作为 10G 光纤家庭网关的核心处理器。
它同样拥有四个 2GHz CPU 核心和独立 Packet Processor，Packet Processor 可以提供最高约 3000 万 PPS 和 35Gbps 的数据处理能力，并让普通 CPU 从日常数据包转发任务中解放出来。
MxL25641
MxL25641 是另一款 AnyWAN Broadband SoC。
相比 URX850 和 URX851，它使用两个 1.7GHz CPU 核心，并集成 Packet Processor、10G PON MAC 和高速网络接口。
它同样能够通过专用 Packet Processor 实现 CPU Offload，并提供最高 5Gbps 的 IPsec 硬件加速。
这类产品说明 MaxLinear 网络处理器的目标并不是只有最高端运营商设备，而是覆盖不同成本和性能等级的家庭网关与宽带终端。
Layer 2 到 Layer 4 数据包处理
MaxLinear AnyWAN 平台支持 Layer 2 到 Layer 4 的线速数据包处理。
Layer 2 是数据链路层，主要涉及 Ethernet Frame、MAC 地址和 VLAN。
Layer 3 是网络层，主要涉及 IP 地址和 IP 路由。
Layer 4 是传输层，典型协议包括 TCP 和 UDP。
网络处理器能够理解这些数据包中的不同字段，因此可以根据 IP 地址、协议类型、TCP/UDP 端口以及其他信息，对数据流进行分类、转发、过滤和加速。
这也是网络处理器与普通 Ethernet PHY 最大的区别之一。
PHY 主要负责真正的电气信号传输，而 Network Processor 则理解并处理网络数据包。
IPsec 硬件加速
MaxLinear AnyWAN 网络处理器还集成 IPsec Accelerator。
IPsec 是 Internet Protocol Security 的缩写，是一组用于保护 IP 网络通信的加密和认证协议。
VPN 经常使用 IPsec 建立安全连接。
如果全部使用普通 CPU 计算 AES 加密、认证和封装，高速 VPN 很容易占满 CPU。
专用 IPsec Accelerator 可以把这些运算直接交给硬件完成。
例如 URX850 和 URX851 的 IPsec 加速能力最高可达到约 10Gbps，而 MxL25641 为约 5Gbps。
因此 MaxLinear 的网关芯片不仅处理普通路由，还可以承担高速安全网络连接。
MaxLinear 同时生产 Ethernet Switch
除了 Network Processor，MaxLinear 还拥有完整的 Ethernet Switch 产品线。
例如 MxL86253S 集成五个 2.5G Ethernet PHY 和两个 10G SerDes 接口，并支持 VLAN、QoS、ACL 和 Loop Detection。
MxL86281S 则集成八个 2.5G Ethernet PHY 和两个 10G 上行接口，可以用于独立 2.5G Ethernet Switch、网关扩展交换芯片以及工业网络设备。
ACL 是 Access Control List，也就是访问控制列表，可以根据网络数据包的地址、协议和其他条件决定允许或者阻止某类流量。
因此 MaxLinear 的网络产品并不是只有一个处理器，而是可以同时覆盖：
Network Processor、Gateway SoC、Packet Processor、Ethernet Switch 和 Ethernet PHY。
MaxLinear 与传统 NPU 企业有什么不同
如果把 MaxLinear 与传统专业 Network Processor 企业比较，它最大的不同在于产品定位。
很多经典 NPU 企业主要面向运营商路由器、交换机、基站和大型通信设备。
MaxLinear 的网络处理器则明显更加偏向 Broadband Access，也就是宽带接入，以及 Home Gateway，也就是家庭网关。
它主要解决的是这样一个问题：
当运营商把 2.5G、5G 甚至 10G 宽带送到家庭以后，家庭网关如何在 PON、Ethernet、Wi-Fi 7 和其他接口之间高速处理和转发这些数据？
这正是 AnyWAN SoC 的核心市场。
MaxLinear 与 DPU 也不完全一样
MaxLinear AnyWAN 网络处理器也不应该简单归入当前数据中心常说的 DPU。
DPU 是 Data Processing Unit，也就是数据处理单元。
NVIDIA BlueField、AMD Pensando 等现代 DPU 通常面向服务器和云数据中心，承担虚拟交换、网络、安全、NVMe 存储、虚拟化和基础设施管理。
MaxLinear AnyWAN 则主要面向宽带 Gateway 和 Router。
两者都会做 Packet Processing 和 CPU Offload，但应用环境明显不同。
MaxLinear 的网络业务不只局限于家庭网关
MaxLinear 当前业务已经覆盖 Broadband Access、Connectivity、Infrastructure 和 Industrial 等多个市场。
在基础设施领域，公司拥有数据中心光通信 DSP、5G 无线基础设施、Backhaul 等产品，同时还发展高速 Ethernet、存储加速和数据中心连接技术。
MaxLinear 表示，其产品被应用于服务器、Ethernet Switch、Router、宽带设备以及各种工业联网设备。
因此 MaxLinear 的整体定位比“家庭路由器芯片公司”要宽得多。
不过如果专门讨论 Network Processor，它目前最有代表性的仍然是 AnyWAN Gateway Processor 产品线。
MaxLinear 网络处理器的特点
MaxLinear 的网络处理器有几个非常明显的特点。
首先，它不是一颗独立 NPU，而是高度集成在 Broadband SoC 中。
其次，它非常强调 CPU Offload，让 Packet Processor 负责普通高速网络数据流，把 CPU 留给高级应用。
第三，它同时支持 Ethernet、Wi-Fi、PON、DSL、DOCSIS 和 5G FWA 等多种接入技术。
第四，它把 Network Processor、CPU、Security Accelerator、Ethernet PHY、PON MAC 和高速 PCIe 等接口整合在一个平台里。
第五，它拥有完整的软件生态，包括 OpenWrt 系的软件平台、prplOS 和 RDK-B 支持。
因此 MaxLinear 的优势并不是只提供一颗高速 Packet Processor，而是提供完整的 Broadband Gateway Platform。
为什么 MaxLinear 值得列入网络处理器企业目录
如果网络处理器目录只收录交换机 ASIC 或传统运营商 NPU，那么 MaxLinear 很容易被忽略。
但是从现代网络芯片的发展趋势来看，Network Processor 已经越来越多地进入 SoC。
MaxLinear GRX550 官方明确使用 NPU，也就是 Network Processing Unit；URX850、URX851 和 MxL25641 则进一步使用高性能 Packet Processor 对 CPU 进行完整网络流量卸载。
因此从技术功能来说，MaxLinear 完全属于现代网络处理器产业的一部分。
只是它代表的不是大型数据中心交换 ASIC，也不是服务器 DPU，而是：
Broadband Gateway Network Processor——宽带网关网络处理器。
总结
MaxLinear 是一家总部位于美国加利福尼亚州的综合通信半导体企业，其网络处理器业务主要集中在 Broadband Gateway 和 Broadband Access 市场。
2020 年收购 Intel Home Gateway Platform Division 后，MaxLinear 获得并强化了 Ethernet、Wi-Fi、Home Gateway SoC 和网络处理技术，随后形成了今天的 AnyWAN Gateway Processor 产品线。
GRX550 集成多核 NPU、Packet Acceleration、QoS、Ethernet Switch 和安全加速，可以在几乎不占用普通 CPU 的情况下高速处理网络数据包。
URX850 和 URX851 则进一步面向 10G Broadband 和 Wi-Fi 7，Packet Processor 可以处理最高约 3000 万 PPS 和 35Gbps 的综合网络流量。
因此 MaxLinear 并不是一家单纯的模拟芯片或者 RF 芯片公司，它已经拥有非常完整的 Network Processor、Gateway SoC、Ethernet Switch、Ethernet PHY 和高速连接产品组合。
公司名称：MaxLinear, Inc.
成立时间：2003 年
总部：美国加利福尼亚州 Carlsbad
股票代码：NASDAQ：MXL
主要网络处理器产品：GRX350、GRX550、MxL25641、URX850、URX851
核心技术：Network Processing Unit、Packet Processor、CPU Offload、QoS、IPsec Hardware Acceleration、Ethernet Switching、PON、Multi-WAN
主要应用：家庭宽带网关、运营商路由器、Fiber Gateway、XGS-PON Gateway、DSL Gateway、DOCSIS Gateway、5G FWA Gateway 和 Wi-Fi 7 Router