引言

在需要更快的網(wǎng)絡(luò)速度，更大的存儲(chǔ)空間，更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理時(shí)代，傳統(tǒng)網(wǎng)卡在計(jì)算能力，使用靈活性等方面在業(yè)務(wù)需求面前愈發(fā)無力。后摩爾時(shí)代，為能夠滿足存儲(chǔ)、計(jì)算、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)處理需求，減輕CPU負(fù)擔(dān)，提高計(jì)算效力，具備計(jì)算能力，靈活可編程的智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備——智能網(wǎng)卡(smart network interface card, SmartNIC) ,應(yīng)運(yùn)而生。

智能網(wǎng)卡是什么

智能網(wǎng)卡是什么？從字面來看，就是網(wǎng)卡+智能，那我們先來看網(wǎng)卡是什么？

網(wǎng)卡，也叫網(wǎng)絡(luò)接口卡（network interface card，NIC），是一種連接網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，方便網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與通信。

智能網(wǎng)卡（smart network interface Card，SmartNIC），是一種靈活可編程的網(wǎng)卡，與服務(wù)器配合使用。智能網(wǎng)卡因?yàn)榫邆淞擞?jì)算能力，為了釋放CPU算力，它將擔(dān)負(fù)網(wǎng)絡(luò)、安全、存儲(chǔ)中不適合CPU相關(guān)的數(shù)據(jù)處理功能卸載到可編程硬件芯片執(zhí)行，降低CPU的消耗，使服務(wù)器能夠更有效運(yùn)行關(guān)鍵應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)，優(yōu)化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理整體效力。

智能網(wǎng)卡方案架構(gòu)

在業(yè)界，不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)于智能網(wǎng)卡的選擇也不盡相同。本文主要從核心處理器的選擇上對(duì)智能網(wǎng)卡的技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行介紹。目前，智能網(wǎng)卡的核心處理器設(shè)計(jì)主要有三類，分別是基于SOC，F(xiàn)PGA和ASIC的設(shè)計(jì)。

基于SOC的SmartNIC，是一種多核CPU方案，可編程和靈活性更強(qiáng)，但轉(zhuǎn)發(fā)性能弱，因此基于SOC的SmartNIC在10G時(shí)代得到了很好的應(yīng)用，隨著數(shù)據(jù)中心中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率從10G上升到25G、100G甚至更高時(shí)，這種方案的智能網(wǎng)卡就難以跟上；基于FPGA的SmartNIC，是一種FPGA/CPU+FPGA方案，具備低延時(shí)、低功耗優(yōu)勢(shì)，主要適用于網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)等并行計(jì)算場(chǎng)景，用于解決數(shù)據(jù)中心商用服務(wù)器滿足不了快速增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求和靈活性不足問題，但FPGA采用硬件語言，開發(fā)難度相對(duì)高一些；基于ASIC的SmartNIC，在一定程度上具備卸載CPU處理能力和可編程性。其硬件可以根據(jù)客戶需求定制，性能和計(jì)算效率較高，因開發(fā)成本昂貴，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致靈活性較差。

目前，銳捷網(wǎng)絡(luò)推出的湛盧1000是基于FPGA +高性能X86處理器的2*25G以太網(wǎng)智能網(wǎng)卡，提供PCIe Gen3.0 x16通道接口。FPGA實(shí)現(xiàn)OVS快速轉(zhuǎn)發(fā)路徑，配合SoC的OVS慢路徑下發(fā)硬件流表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包高速轉(zhuǎn)發(fā)。SoC可以實(shí)現(xiàn)OVS慢路徑、SPDK、vSwitch、Ironic agent以及數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)、私有協(xié)議，為客戶提供高效、靈活、可編程的數(shù)據(jù)中心解決方案。

場(chǎng)景應(yīng)用

在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，智能網(wǎng)卡在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用十分廣泛。智能網(wǎng)卡具體可用于數(shù)據(jù)傳輸、虛擬交換、數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等場(chǎng)景。根據(jù)數(shù)據(jù)加密/數(shù)據(jù)解密、數(shù)據(jù)分組檢測(cè)及存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)，智能網(wǎng)卡可分別應(yīng)用于云安全、防火墻/安全組和云存儲(chǔ)；根據(jù)數(shù)據(jù)分組查表的功能實(shí)現(xiàn)，智能網(wǎng)卡的可應(yīng)用于虛擬路由/虛擬交換機(jī)。

基于市場(chǎng)需求及技術(shù)先進(jìn)可落地，銳捷網(wǎng)絡(luò)面向裸金屬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能及云管理組件等卸載，簡(jiǎn)化裸機(jī)發(fā)放流程，提升網(wǎng)絡(luò)性能。主要功能如下：

1、將vSwitch與Ironic agent卸載到智能網(wǎng)卡SoC上運(yùn)行，在智能網(wǎng)卡上實(shí)現(xiàn)卸載Open flow流表功能，利用硬件轉(zhuǎn)發(fā)解決軟件轉(zhuǎn)發(fā)瓶頸問題。

2、通過快速通道直接對(duì)外通信，縮短了網(wǎng)絡(luò)處理路徑耗時(shí)，減少CPU消耗，降低時(shí)延；

3、將云管理組件卸載至智能網(wǎng)卡中，實(shí)現(xiàn)裸機(jī)與虛擬機(jī)同樣的發(fā)放與管理流程，實(shí)現(xiàn)裸機(jī)快速發(fā)放、遷移、云盤啟動(dòng)等功能，簡(jiǎn)化客戶配置。

4、通過各種Kernel Bypass技術(shù)，在用戶態(tài)完成業(yè)務(wù)處理，提升服務(wù)器性能，同時(shí)針對(duì)特定業(yè)務(wù)邏輯，讓硬件替代CPU完成專業(yè)設(shè)備NFV后處理邏輯，實(shí)現(xiàn)加速處理；

5、在安全性上，存儲(chǔ)信息不再暴露給到用戶權(quán)限界面之內(nèi)，從而解決存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的安全問題；

6、將觀察點(diǎn)從硬件交換機(jī)延伸到主機(jī)側(cè)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)端到端運(yùn)維可視化。

結(jié)論
湛盧系列智能網(wǎng)卡是銳捷網(wǎng)絡(luò)推出的第三代智能網(wǎng)卡，為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器提供高性能的網(wǎng)絡(luò)功能，例如安全組、虛擬交換、虛擬機(jī)及裸金屬服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)卸載，釋放CPU算力，提高服務(wù)器整體性能，降低TCO。

銳捷網(wǎng)絡(luò)提供多種靈活的軟件適配方案，可以幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)各種場(chǎng)景下的智能網(wǎng)卡應(yīng)用。

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