SmartNICs的崛起

网络接口卡(nic)以来,已在市场上第一个电脑后不久在1980年代中期。然而,在过去的几年中,我们已经看到SmartNICs的出现。

什么是SmartNIC ?最基本的定义SmartNIC只是一个可编程的网卡。其他重载的概念堆积大量的硅和固件实现。一个良好的工作定义是SmartNIC NIC,包括额外的计算资源暴露给客户,以及必要的开源工具来利用这些资源。额外的计算资源过程网络流量在进入和退出服务器以及卸载主机CPU在应用程序级别。

计算元素

SmartNICs是有线网络和计算资源的融合在同一个卡。这些计算资源可以由一个或多个以下类别:古典x86像Arm内核的cpu,专用处理器的数字信号处理器(dsp)、人工智能(AI),网络处理单元(转专业),或现场可编程门阵列(fpga)。也不稀罕超过一个以上SmartNIC计算元素被包含。

服务器连接网卡

每个服务器使用一个网卡连接到网络。有时这些嵌入式无线连接通常支持物联网(物联网)相机和恒温器等设备,但大多数服务器都连接到网络。他们使用有线的原因很多,但两个最突出的性能和可用性。

与有线网络可用性,只有失败当电缆损坏或删除。对于网络性能,我们关注两个指标:带宽,你可以移动的数据量通过网络,和延迟,你等待的时间一块数据。

碰撞的计算能力

对数据中心网络的今天在25 GbE对快速移动到50 GbE对100 GbE,额外的计算资源上SmartNIC需要仔细考虑。最有效地利用传统的CPU核类似手臂是控制平面管理储备。例如,一个双核或四核的手臂复杂通常用于控制平面管理任务和其他软件加载到计算单元和日志记录。

今天的数据中心网卡处理数百万,并有可能超过一亿每秒网络数据包。Arm核心,即使是那些超过3 GHz,没有检查的任务和作用于数百万,上千万较少,每秒数据包。没有足够的指令每秒跟上这些卷。专用计算资源如专用网络处理器、fpga或GPU核心需要处理这些卷。

fpga的并行处理和可编程逻辑常常使他们最适合的任务。他们可以配置解析网络数据包头部迅速甚至身体。然后从删除包采取必要的行动来包装它或改变内容完全line-rate。fpga SmartNIC的一个很好的例子,其中包括一只手臂复杂,网络处理器Xilinx Alveo SN1000 SmartNIC。

卸载

CPU SmartNIC卸载是一个重要的价值主张。计算密集型任务比如blockchains散列和转码视频可以由SmartNIC本身释放宝贵的服务器CPU资源。

Blockchains依靠解决工作的证明。第一个节点的网络上达到一个解决方案是提供一个奖励,然后允许包和发布下一个块的链。SmartNICs在内存中可以容纳区块链和未决事务而计算下一个解决方案。如果他们赢了,那么SmartNIC发布块和移动到下一个块。

视频转码是另一个流行的主机CPU非常适用于SmartNICs卸载。转码视频使用adaptive-bitrate (ABR)压缩,以支持移动设备是另一个cpu密集型任务,特别是对于实时视频应用程序。这些压缩任务非常线性,已经被移植到fpga加速器,他们已经被证明是10 - 20 x效率比通用cpu。

SmartNIC可能还包括一个基本的Netfilter防火墙,卸载主机CPU从所有入站和出站信息包过滤。Netfilter iptables的新版本,它提供了一个非常健壮的架构过滤网络流量。卸载这防火墙SmartNIC可以节省主机CPU的指令每秒数百万可以应用到该服务器上运行的应用程序。

我们也有包包装,称为封装。每当我们利用叠加网络虚拟化或集装箱系统,我们需要将网络数据包,这样他们可以覆盖网络之间路由。覆盖网络处理的一个例子是Open vSwitch (ov),可以非常CPU密集型,因此把这个任务到SmartNIC释放了大量主机CPU周期。

最后,我们还可以将主网络可能通常运行在服务器上的应用程序像DNS或内存数据库。处理DNS查询SmartNIC内完全是一个典型的SmartNIC应用程序事务是小和表查找迅速处理。

SmartNIC存储控制

SmartNIC也可以作为一个存储控制器的两倍。一些SmartNICs Xilinx的Alveo U25,两片上和板载内存字节(6 GB U25)自己的本地存储。这个存储可以双缓存服务器的NVMe磁盘。这将成为重要,等协议计算表达链接(CXL)使未来SmartNICs管理关系NVMe直接驱动。

SmartNICs也可以擦除编码的硬件以及存储加密。驱动器加密,SmartNICs提供一个独特的安全角度。如果SmartNIC NVMe存储加密或解密数据,然后这两个元素是必需的,如果有人想打破加密。如果管理员删除驱动器解密他们在其他地方,他们将需要蛮力来猜失踪SmartNIC上留下的加密密钥。

SmartNICs可以很容易地使用加密来保护他们的权力周期之间的键,进一步使系统可靠和安全。Solarflare(现在Xilinx的一部分),例如,一直保持一个硬件安全飞地NIC存储NIC的钥匙在其X2硅在过去的几年里。未来SmartNIC安全飞地可能保存并获得成千上万的安全密钥SSL / TLS端点加密。

电子交易

最后一个特殊情况SmartNICs光泽ultra-low-latency电子交易。我们讨论的是移动的网络数据包在数以十亿分之一秒。今天,延迟在高性能25-GbE网卡1000 ns。正确架构系统,正确的软件,和调谐SmartNIC网络数据包可以作为他们接收,分析四个字节。响应包可以注入到网络在飞速转动的22 ns。这是超过40 x速度比传统的高性能网卡。当部署在电子交易,投资回报(ROI)这些SmartNICs有时可以用分数来衡量的。

不断增长的市场应用

云服务提供商规模容量向上,他们增加部署SmartNICs腾出宝贵的CPU核业务应用程序和优化服务器的利用率。今天的服务器经常花30%的CPU周期管理网络。就像有一个新的服务器在生产中几乎每一个三。SmartNICs启用系统架构师将高性能计算资源的服务器网络的边缘。SmartNICs可以杠杆保护服务器,因此企业,同时也极大地卸载更昂贵的服务器cpu。

据市场研究公司Dell ' oro集团SmartNIC市场预计将超过600美元,占全球的23%以太网适配器市场到2024年,我们已经看到了新一代的SmartNICs Broadcom公司、英特尔、Mellanox和Xilinx。所以,当你在设计你的下一个数据中心部署,而不是违约标准网卡与您的服务器,也许考虑SmartNICs如何适应你的计划。