當(dāng)一項(xiàng)創(chuàng)新顛覆了市場(chǎng)時(shí)，它便會(huì)得到市場(chǎng)的認(rèn)可

網(wǎng)卡（ NIC ）自 20 世紀(jì) 80 年代便已出現(xiàn)，到本世紀(jì)初，許多公司開(kāi)始投身該領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新。他們最初的重點(diǎn)是高性能計(jì)算（ HPC ）。盡管業(yè)務(wù)都在以太網(wǎng)上運(yùn)行，但是，最強(qiáng)大的 HPC 集群是使用 Myrinet 或 Infiniband 創(chuàng)建的。這些網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)卡被設(shè)計(jì)為可以繞過(guò)操作系統(tǒng)（ OS ）內(nèi)核，直接與 HPC 應(yīng)用通信，從而顯著提升性能。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這些網(wǎng)卡在網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用了廣泛的計(jì)算資源，使其能夠從主機(jī) CPU 上卸載常見(jiàn)通信任務(wù)。

這些HPC 網(wǎng)卡為后來(lái)的以太網(wǎng)網(wǎng)卡奠定了基礎(chǔ)，后者內(nèi)置內(nèi)核旁路，適用于全球所有股票市場(chǎng)的電子交易。隨著時(shí)間推移，這些平臺(tái)進(jìn)一步演進(jìn)為 SmartNIC （智能網(wǎng)卡）或數(shù)據(jù)處理單元（ DPU ）。伴隨超大規(guī)模用戶(hù)（ Hyperscaler ）和云服務(wù)提供商（ CSP ）的出現(xiàn)，賽靈思發(fā)現(xiàn)了阻礙 SmartNIC 普及的三大因素：

1.可編程性

2.可組合性

3.可移植性

賽靈思提供了一種軟件定義、硬件加速平臺(tái)的方法，可以高效解決這三大問(wèn)題。

可編程性

過(guò)去十年里，人們做了各種嘗試來(lái)為 SmartNIC 提供一個(gè)完全可編程的接口，但沒(méi)有一種取得絕對(duì)成功。同時(shí)，該行業(yè)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言和業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的軟件開(kāi)發(fā)及部署環(huán)境。幾年前，賽靈思成為 P4 語(yǔ)言聯(lián)盟的活躍成員，作為工業(yè)貢獻(xiàn)者，開(kāi)發(fā)了一種跨多類(lèi)硬件管理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的語(yǔ)言。P4 語(yǔ)言迅速發(fā)展起來(lái)，如今大部分 SmartNIC 和 DPU 都將其用作默認(rèn)編程語(yǔ)言。賽靈思全新 SN1000 SmartNIC 系列中所有獨(dú)特的邏輯塊都是用 P4 編寫(xiě)的。

可組合性

超大規(guī)模用戶(hù)和 CSP 的第二個(gè)要求是可組合性。這是一種將新功能塊動(dòng)態(tài)插入到收發(fā)包處理流水線(xiàn)中的功能。這兩條直接管理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的流水線(xiàn)構(gòu)成了 SmartNIC 的數(shù)據(jù)平面。網(wǎng)卡上的第二個(gè)平面稱(chēng)為控制平面，作用是管理數(shù)據(jù)平面內(nèi)的可編程塊。如上所示，賽靈思充分利用了我們?cè)诳删幊踢壿嫹矫娴念I(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出一款完全可組合的網(wǎng)卡架構(gòu)。

構(gòu)成數(shù)據(jù)平面的收發(fā)流水線(xiàn)都有數(shù)個(gè)可編程入口點(diǎn)，客戶(hù)可以在這些入口點(diǎn)上使用我們的 Vitis 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)連接其使用 P4、C/C++、HDL 或 HLS 編寫(xiě)的代碼塊。然后，Vitis 會(huì)將此代碼編譯成邏輯，幫助工程師在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)包處理流水線(xiàn)中插入他們認(rèn)為合適的模塊。這可以讓數(shù)據(jù)包以極快的速度通過(guò)數(shù)據(jù)平面，從而使賽靈思能夠支持線(xiàn)速包處理。

其他未在其數(shù)據(jù)平面中使用可編程邏輯的供應(yīng)商，必須在其 DPU 上部署大量典型的 CPU 核（通常為 Arm）來(lái)處理這些網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。隨著數(shù)據(jù)包速率攀升至每秒數(shù)億個(gè)數(shù)據(jù)包，這種方法（使用 DPU 上的 CPU 核來(lái)處理數(shù)據(jù)平面上的數(shù)據(jù)包）將受到影響。我們的軟件定義、硬件加速的方法將令賽靈思的 SN1000 系列明顯優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

大型數(shù)據(jù)中心客戶(hù)（如超大規(guī)模用戶(hù)和 CSP）通常會(huì)要求供應(yīng)商展示其產(chǎn)品路線(xiàn)圖。該路線(xiàn)圖將向客戶(hù)展示供應(yīng)商對(duì)其架構(gòu)的承諾，以及在未來(lái)幾代中推進(jìn)該架構(gòu)的計(jì)劃。通常需要每一代都是新款芯片，在先前芯片的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)。

可移植性

多年前，Solarflare 開(kāi)始開(kāi)發(fā)一種用 P4 編寫(xiě)的完全可移植的 SoftNIC 架構(gòu)，本次成果最終被賽靈思收購(gòu)。SoftNIC 是一種將所有核心 NIC 功能全部表示為代碼的網(wǎng)卡，使得 NIC 可以在 FPGA硬件平臺(tái)之間輕松移植。SoftNIC 利用直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)（ DMA ）引擎等標(biāo)準(zhǔn)硬件塊與主機(jī) CPU 進(jìn)行通信，利用可以具有特定的芯片幾何結(jié)構(gòu)且通常使用了加密塊的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制（ MAC ）塊進(jìn)行以太網(wǎng)通信。最終結(jié)果是，SoftNIC 的漏洞和新增功能無(wú)需創(chuàng)建新的芯片，客戶(hù)只需安裝軟件更新即可。

構(gòu)成 SN1000 可移植網(wǎng)卡架構(gòu)的各種重要組件是 DMA 引擎、加密、MAC 塊、虛擬化網(wǎng)卡 （ VNIC ）和匹配操作引擎（ MAE ）的接口。VNIC 不僅是傳統(tǒng) OS 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序查看網(wǎng)卡的方式，還可以處理校驗(yàn)和卸載及數(shù)據(jù)包控制。收發(fā)流水線(xiàn)中的 MAE 是處理虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的地方。在這里，Open vSwitch （ OvS ）函數(shù)可用于管理主機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)和容器的流量。MAE 可以顯著減輕主機(jī) CPU 處理 OS 或程序管理器網(wǎng)絡(luò)調(diào)用的負(fù)擔(dān)，有時(shí)會(huì)為 CSP 工作負(fù)載返回多達(dá) 30% 的主機(jī) CPU 周期。MAE 的設(shè)計(jì)旨在輕松與 tc-flower 和 DPDK 通用流 API (rte_flow)進(jìn)行連接，以便處理這些函數(shù)。插件入口點(diǎn)、VNIC、MAE 和 NET 引擎均是用軟件編寫(xiě)并編譯到邏輯門(mén)中。這就是賽靈思所謂的軟件定義和硬件加速。

隨著 SN1000 SmartNIC 的發(fā)布，賽靈思將提供幾個(gè)可選的插件模塊，在接下來(lái)的幾個(gè)月還將提供更多模塊。借助 SN1000，賽靈思展示了首個(gè)完全可組合且可移植的 SmartNIC，這是我們身處業(yè)屆競(jìng)爭(zhēng)最激烈的領(lǐng)域之一而帶來(lái)的一項(xiàng)重大創(chuàng)新。

審核編輯 ：李倩