互聯網智慧計算解決方案

【發布時間：2020-12-08】

聊起服務器，大家首先想到的就是“三大件”，即CPU, 內存，硬盤，但是作為服務器不可或缺的部件，網卡也應該占據一席之地，網卡的功能主要有兩個:

一是將服務器的數據封裝為幀，並通過網線將數據發送到網絡上去;

二是接收網絡上其它設備傳過來的幀，並將幀重新組合成數據，發送到所在的服務器中。

網卡最主要的參數是速率帶寬，代表著服務器網絡的整體處理能力。bobty下载软件，大數據處理，高速存儲的需求推動了網絡帶寬的發展，雲上客戶對網絡速度及網絡帶寬的關注度不斷提升。業務對數據中心的流量產生巨大的衝擊，企業需要大量，大帶寬的服務器組成集群係統，協同完成工作。網卡從1G到10G普及用了十年時間，到現在很多IDC機房用的還是千兆網絡，但是從10G到25G成加速普及的趨勢，隻用了不到3年時間，互聯網頭部公司已經基本切換到25G網絡，並且已經開始部署50G和100G。

隨著網卡速率越來越高，業務對延時的要求越來越低，傳統的x86服務器已經不能滿足業務的需求，於是出現了如DPDK這種軟件的解決方案，采用輪訓方式和在用戶態實現數據包處理，可以明顯提高服務器網絡性能。DPDK好處就是投入少，收益大，傳統網卡加上軟件套件就可以實現性能提升，缺點在於需要專門劃出一部分CPU核來處理數據包。但是隨著VXLAN等overlay協議以及OpenFlow、Open vSwitch（OVS）等虛擬交換技術的引入，使得基於服務器的網絡數據平麵的複雜性急劇增加，傳統網卡固定功能的流量處理功能無法適應SDN和NFV ，而且網絡接口帶寬的增加意味著在軟件中執行這些功能會占用大量的CPU資源，和當前bobty下载软件的理念背道而馳，於是智能網卡的概念應運而生。

不同於傳統網卡，智能網卡同時具備高性能及可編程的能力，既能處理高速的網絡數據流，又能對網卡進行編程，實現定製化的處理邏輯

智能網卡的三種形式

目前，智能網卡設計采用以下三種形式之一：

1. 多核智能網卡，基於包含多個CPU內核的ASIC

2. 基於現場可編程門陣列（FPGA）的智能網卡

3. SOC，即片上係統，它將硬件可編程FPGA與ASIC網絡控製器相結合

不同的實現方式在成本、可編程性和靈活性方麵各有優劣，ASIC具有價格優勢，但靈活性有限，盡管基於ASIC的NIC相對容易配置，但最終功能將受到基於ASIC中定義的功能的限製，某些較複雜的負載可能無法得到支持，相比之下，FPGA NIC是高度可編程的，並且可以相對有效地支持幾乎任何功能，不過FPGA問題是編程難度大且價格昂貴，對一些小客戶不太友好，針對更複雜的用例，SOC是較佳的SmartNIC選擇，價格與性能兼具、易於編程且高度靈活。

具體說來，智能網卡為數據中心網絡提供了幾項重要優勢，包括：

1.通過直接在網絡接口卡上執行任務來加速網絡、存儲和計算任務，消除了在服務器上運行這些工作負載的需要，並釋放了CPU周期，從而顯著提高服務器性能並降低總體功耗，進而降低總體擁有成本。

2.卸載日益複雜的網絡任務，包括諸如VxLAN等複雜隧道協議和OVS虛擬交換機等，使服務器處理器能夠執行實際的創收性任務。

3.通過在更快速的硬件而不是較慢的軟件中去執行卸載功能，從而提高有效網絡帶寬和吞吐量，並提供附加的、靈活的功能，以適應新的和不斷變化的網絡和存儲協議。

其實智能網卡在大型互聯網公司及頭部CSP上已經開始應用，核心思想就是把業務負載卸載到專用硬件上，如微軟在Azure上使用FPGA來實現CPU卸載、網絡加速，而AWS甚至發展出一套Nitro 架構來實現VPC, EBS，存儲等業務的硬件卸載，國內阿裏巴巴的神龍架構思想類似，其架構核心就是一塊MOC卡，整個Hypervisor完完全全運行在這張卡上麵，服務器的CPU和內存完全可以釋放出來給客戶。

H3C全新發布的UIS 7.0赤霄加速架構，是業界先進的實現前後端同時智能加速的超融合架構。以智能加速卡為核心前後端到端全程加速、主機側損耗為零，相同核數CPU條件下，對比非加速方案，可以多創建50%以上的虛擬機，每虛擬機成本降低30%以上，IOPS性能提升10倍以上。同時擁有業界超短IO路徑的無損網絡，網絡時延從毫秒級降低到納秒級。可同時承載虛擬化，裸金屬，容器，函數計算的全運行態。