【摘 要】
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针对量化高频交易应用场景中对数据传输的低延迟高带宽需求，定制了一种领域专用的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，分别对MAC层协议、IP协议、UDP协议、ARP协议、ICMP协议和TOE（TCP Offload Engine）进行专用硬件逻辑的设计与实现，并与FAST协议硬件加速模块共同构成了完整的低延迟高带宽的高频交易系统。通过调整最大报文长度MSS（Maximu
【基金项目】
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国家自然科学基金（61972180）；
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针对量化高频交易应用场景中对数据传输的低延迟高带宽需求，定制了一种领域专用的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，分别对MAC层协议、IP协议、UDP协议、ARP协议、ICMP协议和TOE（TCP Offload Engine）进行专用硬件逻辑的设计与实现，并与FAST协议硬件加速模块共同构成了完整的低延迟高带宽的高频交易系统。通过调整最大报文长度MSS（Maximum Segment Size），实现64字节数据对齐，提升内核与HBM（High Bandwidth Memory）间的读写速率；对内存结构进行优化，实现了主机端与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同时针对校验和计算等进行数据展开优化，最终构建全流水线架构；模块间统一使用AXI4-Stream接口连接，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：在Xilinx Alevo U50上可获得38.28Gbps的网络吞吐率，基础网络通信穿刺延迟最低为468.4ns，叠加FAST解码协议后延迟677.9ns，与传统软件处理网络堆栈（Intel i9-9900x + 9802BF）的方式相比，吞吐率提升1倍，延迟降低为1/12，且延迟稳定，波动范围在10ns间。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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