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Smart NIC是什么?FPGA智能网卡简析
发布日期:2019-10-11    关键字:FPGA,Smart NIC,智能网卡,重要特征,应用场景,100G FPGA,软件定义网络(SDN),网络功能虚拟化(NFV)

一、智能网卡是时代技术发展的需求

5G的到来,对软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)提出了更加迫切的需求。

现有的网络基础设施可支撑千万人沟通,但不能支持实时沟通的数十亿物联网设备,这就需要运营商对网络进行虚拟化,构建更加灵活的网络基础设施。

但是,软件解决方案并不能提供足够的网络可靠性和服务质量,而具有高级可编程功能SmartNIC,将在虚拟化网络中扮演非常重要的角色。

Smart NIC能够提升应用程序和虚拟化性能,实现软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)的诸多优势,将网络虚拟化、负载均衡和其他低级功能从服务器CPU中移除,确保为应用提供最大的处理能力。与此同时,智能网卡还能够提供分布式计算资源,使得用户可以开发自己的软件或提供接入服务,从而加速特定应用程序。

 

二、智能网卡的技术性特征

Smart NIC即智能网卡,其核心是通过FPGA协助CPU处理网络负载,编程网络接口功能。FPGAFieldProgrammable Ga Array),即现场可编程门阵列,它是在PALGALCPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。


智能网卡研发的意图有两个:

1。解放server上昂贵的CPU计算资源;

2。帮助提供barematel server


智能网卡具有三个重要特征:

1.通过FPGA本地化编程支持数据面和控制面功能定制,协助CPU处理网络负载;

2。通常包含多个端口和内部交换机,快速转发数据并基于网络数据包、应用程序套接字等智能映射到到相关应用程序;

3.检测和管理网络流量。


Smart NIC的应用场景包括:

1.Smart NIC可以将代码从CPU引入网卡,显著加速用于安全应用的加密/解密或用于深度包检测(DPI)应用程序,降低CPU负载,并且支持灵活的网络可编程性;

2.超融合架构数据中心中,Smart NICSDN和虚拟化应用程序提供硬件加速与网络接口紧密结合,并可分布在大型服务器网络中,减小CPU负载,提供额外的边缘计算能力,加速特定应用和虚拟化功能,并且通过正确的语言和工具链支持,为用户提供应用加速即服务的附加价值。

目前业界提供基于FPGASmart NIC的厂商包括AccoladeBittWareEnyxEthernityNapatechNetcopeReflex CESSilicomSolarflare,通常集成自IntelXilinxFPGA来实现。

 



三、深圳联瑞品牌的FPGA智能

LREG1001PF-2QSFP28 是深圳市联瑞电子快乐赛车在基于 Xilinx Ultrascale+16nm VU3P芯片方案基础上研发的一款双口100G FPGA光纤以太网 PCI-Express v3.0 x16智能网卡,该智能网卡拥有高吞吐量、低延时的网络处理能力以及辅助CPU进行网络功能卸载的能力,达到最大化节约CPU算力,降低CPU占用同时也降低功耗。

该智能网卡直接安装在服务器或者其他设备的PCIe插槽上即可使用,极具有便利性,所涉及的IP核具有自主知识产权,通过与具体应用及业务结合的方式,可以实现网络的智能化,可编程化,从而节约CPU占用。

该智能网卡具有芯片级级别的加密功能,可实现数据的安全处理、传输,同时还兼具有过温、 过流、过功率等的保护,以免受到电源冲击的受损。在直接在服务器上使用时,单CPU核即可支持收发双向可达80Gbps的吞吐量速度,在通过Firefly进行多卡的单板链接通信时,可达到300Gbps的全双工收发以及报文处理的能力。

该智能网卡提供了支持P4编程的二次功能开发,能实现网卡处理功能的实时可配置性,支持用户对网卡实现自定义安全策略配置及检测,同时支持OvS 卸载。可实时监控网络网卡内数据包的流量及延迟,通过P4的遥测技术,可与支持 P4 的交换机形成端对端的遥测技术解决方案实时观测整个链路的流量、拥塞和延迟,为实时网络部署提供参考条件。

联瑞品牌的LREG1001PF-2QSFP28智能网卡由于优异的性能,适合于人工智能,深度学习、网络加速、基因测序、视频处理、金融分析等对网络延时、数据处理量要求都有特殊需求的领域使用。

 

最后引用《中国电信CTNet2025网络架构白皮书》的话:

  从更好的适应互联网应用的角度出发,未来网络架构必须要求网络能力接口的开放和标准化,通过软件定义网络技术,能够实现面向业务提供网络资源和能力的调度和定制化,同时为进一步加速网络能力的平台化,还需要提供网络可编程的能力,真正实现网络业务的深度开放。

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