隨著云不斷為增強(qiáng)本地?cái)?shù)據(jù)中心助力，在友商云集、競(jìng)爭(zhēng)激烈的云服務(wù)提供商行業(yè)，提供質(zhì)高價(jià)優(yōu)的服務(wù)正變得日益重要。為始終做到讓客戶(hù)滿意，云服務(wù)提供商必須能夠提供低成本、高性能的云服務(wù)，而這些服務(wù)通常要求使用配備了高速處理器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)連接組件的基礎(chǔ)設(shè)施。

云服務(wù)提供商的利潤(rùn)取決于單個(gè) CPU 可實(shí)現(xiàn)的收益。這或者通過(guò)云計(jì)算服務(wù)直接變現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)以服務(wù)形式交付的云原生應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。日益提高的網(wǎng)絡(luò)速度使這一情況愈發(fā)復(fù)雜，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)要求使用寶貴的服務(wù)器 CPU 內(nèi)核來(lái)處理網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)任務(wù)。盡管部分基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)接口控制器 （NIC） 可從服務(wù)器 CPU 卸載一定量的數(shù)據(jù)包處理任務(wù)，但在網(wǎng)速不斷攀升、本地和分離式存儲(chǔ)需求持續(xù)增加、新的安全和管理層紛紛涌現(xiàn)的情況下，提高卸載能力勢(shì)在必行。除此之外，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)速度提升至 100 Gbps時(shí)，由于數(shù)據(jù)中心完全依賴(lài) CPU 內(nèi)核來(lái)執(zhí)行日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)功能，其整體性能很有可能會(huì)受到影響。

FPGA 是多代微軟 Azure SmartNIC 基礎(chǔ)設(shè)施的核心組件，為我們提供了靈活且具差異化特點(diǎn)的高性能解決方案。很高興看到英特爾更進(jìn)一步，推出英特爾 FPGA Smart NIC C5000X 平臺(tái)，以突破性創(chuàng)新持續(xù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。全新平臺(tái)將有利于云服務(wù)提供商通過(guò)在數(shù)據(jù)中心集成 FPGA 技術(shù)來(lái)提升效率，并以更加靈活的方式滿足自身的需求。

——Derek Chiou，微軟合作伙伴架構(gòu)師

基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 可通過(guò)卸載服務(wù)器 CPU 部分網(wǎng)絡(luò)功能，幫助數(shù)據(jù)中心提高性能，進(jìn)而增大網(wǎng)絡(luò)吞吐量并降低時(shí)延。此外，這種 IPU 還可以自定義，通過(guò)卸載服務(wù)器 CPU 的網(wǎng)絡(luò)管理和安全功能，幫助提高數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)化和安全水平。通過(guò)在數(shù)據(jù)中心部署基于英特爾 FPGA IPU C5000X平臺(tái)的IPU，云服務(wù)提供商可在增加單個(gè)CPU利潤(rùn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)切實(shí)可見(jiàn)的性能增益。

借助基于英特爾 FPGA IPU C5000X平臺(tái)的 IPU提升服務(wù)器 CPU 利用率和性能

基礎(chǔ) NIC 與當(dāng)前數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中常見(jiàn)的 NIC 一樣，都是基于專(zhuān)用集成電路 （ASIC） 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。盡管這些 NIC 已成功使用數(shù)十年，但它們的功能相對(duì)固定，且專(zhuān)門(mén)用于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包處理。這會(huì)將現(xiàn)代高速云數(shù)據(jù)中心大部分的網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)重?fù)?dān)放在服務(wù)器CPU 身上?？捎脕?lái)執(zhí)行創(chuàng)收任務(wù)的 CPU 周期不得不分配去處理基本的網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)銷(xiāo)。而隨著網(wǎng)速的提高，又需要增加 CPU 才能及時(shí)應(yīng)對(duì)這種局面。

基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 可將網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)處理、存儲(chǔ)、加密等安全功能以及網(wǎng)絡(luò)管理等功能卸載至專(zhuān)用 FPGA 和英特爾 至強(qiáng) D 處理器并實(shí)現(xiàn)速度提升，因此具有更高的可編程性和靈活性。

通過(guò)從服務(wù)器 CPU 內(nèi)核卸載上述功能，基于英特爾 FPGA IPUC5000X 平臺(tái)的 IPU 不僅可以提供更多基礎(chǔ)設(shè)施處理功能、支持更高的網(wǎng)絡(luò)速度，還能夠?qū)?CPU 內(nèi)核留給那些可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收的應(yīng)用。釋放高性能 CPU 內(nèi)核還意味著云服務(wù)提供商可以更加高效地管理資源，并為客戶(hù)提供更具競(jìng)爭(zhēng)力的服務(wù)級(jí)別協(xié)議 （SLA）。

圖 1. 基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 可通過(guò)提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、降低時(shí)延、加大服務(wù)器 CPU 利用率，幫助提升數(shù)據(jù)中心性能。

以自定義軟件解決方案拓展 IPU 功能

基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 之所以更為靈活，部分原因是它非常像基礎(chǔ) NIC，能夠部署在開(kāi)箱即用的配置中。而隨著云數(shù)據(jù)中心功能要求和標(biāo)準(zhǔn)的不斷演進(jìn)，基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 還可以在重新編程后，進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)包處理、存儲(chǔ)、安全和網(wǎng)絡(luò)管理等功能進(jìn)行自定義。這是具備軟件運(yùn)行速度的可編程硬件。

借助已針對(duì) x86 架構(gòu) CPU 進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)據(jù)平面開(kāi)發(fā)套件 （DPDK）驅(qū)動(dòng)程序和存儲(chǔ)性能開(kāi)發(fā)套件 （SPDK） 驅(qū)動(dòng)程序，可將通常由服務(wù)器 CPU 來(lái)處理的網(wǎng)絡(luò)功能輕松移植到 FPGA 和英特爾 至強(qiáng) D 處理器上。這些開(kāi)發(fā)套件包含軟件庫(kù)和驅(qū)動(dòng)程序，可幫助軟件開(kāi)發(fā)人員自定義數(shù)據(jù)包處理功能，并將其卸載至基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU。DPDK 的設(shè)計(jì)宗旨是加速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理功能，它最初由英特爾創(chuàng)建，現(xiàn)在是由 Linux 基金會(huì)托管的開(kāi)源項(xiàng)目；SPDK 則專(zhuān)為優(yōu)化存儲(chǔ)流量功能而設(shè)計(jì)，是可免費(fèi)提供的英特爾項(xiàng)目。

英業(yè)達(dá) （Inventec） 對(duì)于能同英特爾達(dá)成合作伙伴關(guān)系，共同打造獨(dú)具特色的、基于英特爾 FPGA SmartNIC C5000X 平臺(tái)架構(gòu)的 SmartNIC深感自豪。我們馬上就認(rèn)識(shí)到，該平臺(tái)會(huì)脫穎而出，成為面向未來(lái)的 SmartNIC，在為客戶(hù)提供自定義能力的同時(shí)，提供出色的性能、優(yōu)異的編程能力和英特爾專(zhuān)屬技術(shù)組合。

IPU 的可編程能力使得云服務(wù)提供商可在不斷變化的商業(yè)環(huán)境中，創(chuàng)建、修改或更新有關(guān)網(wǎng)絡(luò)處理、存儲(chǔ)、安全和管理的規(guī)則和協(xié)議。舉例來(lái)說(shuō)，如果一家云服務(wù)提供商的業(yè)務(wù)范圍拓展到包含更快的網(wǎng)絡(luò)和更多的網(wǎng)絡(luò)安全選擇，那么很可能就需要使用額外的服務(wù)器來(lái)處理增加的應(yīng)用吞吐量。借助基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU，所增加的基礎(chǔ)設(shè)施處理需求可通過(guò)部署到現(xiàn)有服務(wù)器環(huán)境中的 IPU 得到滿足。此類(lèi) IPU 能夠消除原本會(huì)產(chǎn)生的新瓶頸，同時(shí)釋放多重應(yīng)用性能增益。通過(guò)減少或消除基礎(chǔ)設(shè)施處理瓶頸，基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 能夠幫助企業(yè)降低總體擁有成本 （TCO），延長(zhǎng)因商業(yè)要求變化而進(jìn)行的基礎(chǔ)設(shè)施投資的生命周期，并在整體上提高可創(chuàng)收的服務(wù)器的利用率。

基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 可與當(dāng)前云服務(wù)提供商數(shù)據(jù)中心常見(jiàn)的、同樣基于普遍使用的 x86 架構(gòu)的平臺(tái)進(jìn)行配對(duì)。由于基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 使用了基于 x86 架構(gòu)的英特爾 至強(qiáng) D 處理器，因此軟件開(kāi)發(fā)人員可對(duì)自身已頗為熟悉且同樣基于 x86 架構(gòu)的 CPU 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，從而大大降低軟件移植工作量。這種熟悉還能夠幫助開(kāi)發(fā)人員縮短啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、降低開(kāi)發(fā)成本。

借助基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 提升數(shù)據(jù)中心的收益和性能

隨著網(wǎng)速的提高和處理任務(wù)復(fù)雜程度的加深，基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺(tái)的 IPU 可在提升數(shù)據(jù)中心整體性能和收益的同時(shí)，助力高性能網(wǎng)絡(luò)功能的實(shí)現(xiàn)。作為一種靈活且可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)解決方案，此類(lèi) IPU 可賦予云服務(wù)提供商提升自身競(jìng)爭(zhēng)力所需的多種能力，并為開(kāi)發(fā)人員提供所熟悉的基于 x86 架構(gòu)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。