通过数据加速提高性能

对每单位数据需要相对较高加速水平的功能的需求不断增长，这为inline加速器卡提供了一个立足点，这可能意味着一些供应商获得了新的机会，而另一些供应商则面临潜在威胁。

多年来，cpu或带有FPGA加速器的cpu满足了大多数市场需求。但是各地数据量的快速增长，再加上在多个地方(在端点、边缘和云中)处理数据的需求，使得更快地移动数据成为优先事项。现在最大的问题是如何最好地解决这个问题，以及新技术是否会取代或取代现有的解决方案。

一种方法是硬件加速，或者使用更多的硅来加速数据处理，减轻cpu的负担。这种方法的倡导者已经注意到摩尔定律无法准确预测云计算时代的发展，这意味着cpu无法像超级计算器和网络运营商所希望的那样有效地扩展。如果这是真的，它将对戈登•摩尔(Gordon Moore)共同创立的这家公司构成挑战。如今，英特尔提供了许多运行处理云工作负载的服务器的cpu，它还主导着新兴的虚拟化宽带网络。

英特尔表示，其CPU和fpga完全有能力根据需要加速数据，而且该芯片巨头还没有推出inline加速器卡，以便在数据到达CPU之前处理数据。与此同时，英特尔的许多竞争对手也在进入这个市场，声称现成的服务器需要一些帮助来处理某些工作负载。

AMD最近以490亿美元收购了Xilinx，其中包括嵌入式加速器。Jamon Bowen, AECG DCCG产品规划总监AMD他说，该公司的目标是无线接入网络中的网络虚拟化卸载，以及其他复杂的用例，如高性能计算、安全卸载、金融交易和视频编码。

虽然在线加速并不新鲜，但Bowen指出，自定义在线处理传统上推动了对fpga．他说:“对我们来说，让标准产品与更明确的软件框架一起工作是一件新鲜事。”

无线接入网可能需要硬件加速来发展
虚拟无线接入网络是在线加速的主要用例之一。在虚拟化方面，无线RAN已经落后于电信核心网络，这主要是因为计算密集型的第1层功能。许多传统的网络设备供应商，以及新的市场进入者，都在开发可以取代网络设备的软件，这些软件通常具有标准化的开放接口。

Dell 'Oro Group副总裁兼行业分析师Stefan Pongratz表示，RAN虚拟化已被证明在一些窄带部署中取得了成功。“我们还没有看到同样的成功扩展到宽带。这方面的性能差距很大，成本也是如此。”他预测5G中的RAN虚拟化将“更类似于传统的RAN，后者使用优化的专用硅。”

Marvell、高通(Qualcomm)和AMD正在向市场推出直列加速器卡，主要面向电信和云客户。AMD将这些设备定位为数据中心的主力，其中包括fpga作为设计的一部分。与此同时，Marvell和高通则直接瞄准了拥有asic的无线网络运营商。

这些发展与其他市场的努力是一致的，在其他市场，对性能和低功耗的强调正促使芯片制造商开发更多定制化的解决方案。因此，这些芯片不仅仅是一个CPU或GPU，许多芯片都设计了各种处理元素，包括一些特定于应用程序的处理元素。

Marvell产品营销高级总监布兰德(Joel Brand)说，基带处理的计算对于通用CPU来说太复杂了。该公司的基带处理器系列包括一套5G Layer 1内联硬件加速器，以及Arm Neoverse核心。

图1:网络堆栈物理层的5G复杂性。来源:马维尔

Marvell解决方案营销高级总监彼得·卡森(Peter Carson)说:“可以把它想象成5G网卡。“这类似于多年来在云智能网卡上使用的技术。云实现的新内容是第1层5G基带。”

高通还推出了一款PCIe内联加速卡，这是一种ASIC，旨在通过从服务器cpu上卸载计算密集型的5G基带处理来提高云原生和虚拟化5G网络部署的性能。

高通公司产品管理高级总监Gerardo Giaretta在世界移动通信大会之前的新闻发布会上介绍了这款卡。他说:“从处理的角度来看，主要的大脑是我们在卡内部的高通分布式单元芯片组。”他将其描述为一个集成了dsp、ARM cpu和集成前移网卡功能的SoC。(Front-haul是基带和无线电之间的连接。)

Giaretta说:“为了保持合理的成本和电力水平，你需要这些加速器。”“在某些情况下，你会遇到更高阶的大规模MIMO，其中差异是显著的。”他指出，当网络运营商选择将基带单元集中在一个中心位置时，密集处理解决方案也有助于他们。

“高通是sub-6 GHz宏观硅领域的新进入者，”Dell 'Oro的Pongratz说。“Marvell的基带硅在现场得到了验证。”

事实上，美满电子声称迄今为止赢得了5个网络运营商和云基础设施提供商的客户。到目前为止，这家芯片制造商获准透露的唯一客户是戴尔(Dell)。Marvell已与戴尔合作，将其加速器集成到服务器硬件中。

与此同时，高通(Qualcomm)已与惠普(HPE)合作。惠普开放RAN全球主管吉塔•拉姆(Geetha Ram)表示，惠普与高通的合作具有重要的战略意义。她在最近的一次演讲中说:“当你把低功耗、高性能的卡与支持高密度、低功耗的服务器结合在一起时，这就像是天造地设的婚姻。”

Ram表示，HPE已经部署了数千个使用lookaside(预计算缓存)架构的客户RAN站点，其中第一层功能在服务器cpu和PCIe卡之间划分，网络连接由单独的卡处理。她的团队将这些部署的性能、价格和功耗与内联加速、运行分布式RAN和集中式RAN流量场景以及在所有场景中使用相同的服务器CPU类型进行了比较。她说，研究表明，采用内联加速技术，总成本可以节省近60%。

Marvell和戴尔的联合解决方案也有望给网络运营商带来好处。他们的PCIe卡旨在将现成的服务器转变为运营商网络中的虚拟分布式单元(vdu)。它包括一个前导网卡，并处理定时、同步、波束形成和所有其他vDU层1功能。

戴尔电信系统业务部门的产品管理副总裁Andrew Vaz说，在一个典型的vDU中，Layer 1功能目前消耗了多达三分之二的CPU处理时间。他说，释放CPU将为电信公司和云服务提供商提供一种将服务器用于与RAN无关的目的的方法。

接下来是什么?
随着企业投资私有蜂窝网络，虚拟RAN服务器可能是边缘计算工作负载的主要候选者，如果它们有能力的话。内联加速可能是实现这一目标的一种方法。Vaz说，不仅每个卡从CPU上卸载了大量的处理，而且多个卡可以映射到单个CPU上。

Vaz告诉记者:“通过这些卸载卡，你在功能上释放了这些服务器的大量性能能力，真正提供了一些非常有趣的架构，并节省了大量成本。”

其中一些成本节省将通过部署更少的服务器实现。英特尔凭借其x86 Flex RAN解决方案主导了虚拟RAN领域，它认为这是错误的方法。虽然该公司有支持内联加速的产品，但它认为内联加速卡“不灵活”，并主张虚拟无线接入网络应该根据需要加速工作负载。

英特尔网络与边缘组首席技术官、O-RAN联盟技术指导委员会联合主席Sachin Katti表示:“我们的方法是考虑到整个系统，以确定在CPU指令集中构建哪些增强功能，以及在哪里放置加速，以便客户获得性能、性能和灵活性的最佳组合。”“对于具有集成加速的芯片，我们正在将芯片上的FEC加速与具有5g特定指令的至强内核集成，以同时提供内联加速的优势和通用cpu的灵活性。这些选项为我们的客户提供了灵活性，可以将正确的加速硬件映射到vRAN工作负载的正确部分，从而最好地满足了运营商的需求，而不是将整个Layer 1强加到一个不灵活的硬件加速器。”

英特尔在2015年收购了FPGA制造商Altera，提倡使用基于FPGA的加速，声称可编程性提高了网络运营商的灵活性。该公司验证和鉴定各种原始设备制造商提供的fpga。可编程逻辑的最大优势之一是，它可以随着加速需求的变化，或者随着新协议或技术的引入或更新而发展。该公司还创建了一个开放的FPGA堆栈，通过Git存储库交付。

到目前为止，英特尔已经签署了十多个基于fpga的加速器解决方案的合作伙伴关系。affirm Networks(由微软拥有)，Altiostar(很快将由乐天拥有)，Algo Logic, Arrive Technologies, Benu Networks, Bigstream, Cast, CTAccel, F5, Juniper Networks, Megh Computing, Myrtle。ai、Napatech和rENIAC都通过英特尔fpga支持工作负载加速。

英特尔还得到了主要服务器制造商的广泛OEM支持，包括那些与内联加速卡制造商合作的厂商。戴尔和惠普都生产使用英特尔基于fpga的加速卡的服务器，富士通、广达云技术、超微、浪潮和孔创也是如此。

英特尔表示，其fpga可用于无线接入网络，执行前向错误纠正的旁视加速。该公司指出，执行前向纠错的相同FPGA可用于在RAN中执行内联前传压缩，以及网络核心中的虚拟交换和路由。该卡的其他用途包括IPSec加密功能的内联加速和DDOS缓解。

然而，使用现有的解决方案，运营商可能无法从虚拟网络中获得最大的性能。HPE的Geetha Ram表示，网络运营商询问如何提高硬件性能，导致她的公司决定与高通合作开发内联加速卡。同样，戴尔指出，运营商整合Marvell的直列加速器将带来的主要好处是性能更好。

“这是朝着正确方向迈出的一步，有望解决一些缺点，”Dell 'Oro的Pongratz在谈到新的专用加速硬件时说。他补充说，如果运营商想部署虚拟化的大规模MIMO，就需要一些定制的硬件。

开放式的问题
网络接口的开放是英特尔和其新的vRAN竞争对手之间拉锯战的新亮点。英特尔的硬件和软件现在出现在大多数虚拟化环境中，它们将继续在许多环境中发挥核心作用。但如果芯片制造商及其OEM合作伙伴继续提供具有开放接口的解决方案，内联加速卡将成为日益异构的硬件世界中的又一种选择。