业界首款一体化 SmartNIC 平台发布,解决云服务商“联网难”问题

随着企业使其计算和网络架构现代化,云原生架构是主要的目标。云计算已成为企业应用程序的主要范式,随着企业使其计算和网络架构现代化,云原生架构是主要的目标。

第一代SmartNIC是早期特定于域的处理器,专注于加速网络,存储和安全性。这些SmartNIC真正成为I / O基础设施协处理器。对裸机云和安全性的需求将推动软件定义的功能进入这些可编程SmartNIC适配器,而不是增加昂贵且已经过度征税的通用服务器CPU。

自适应和智能计算的全球领先企业赛灵思公司(Xilinx, Inc.,(NASDAQ: XLNX))近日宣布推出业界首款“一体化 SmartNIC 平台”— Alveo™ U25,真正在单颗器件上实现了网络、存储和计算加速功能的完美融合。《电子产品世界》受邀参会,会议主讲人为:赛灵思数据中心事业部产品及平台营销副总裁 Donna Yasay和赛灵思大中华区销售副总裁唐晓蕾(Maria Tang)。

灵思数据中心事业部产品及平台营销副总裁 Donna Yasay(右)

赛灵思大中华区销售副总裁唐晓蕾(左)

赛灵思数据中心事业部产品及平台营销副总裁 唐晓蕾表示:此次产品发布主要是针对数据中心,我们在数据中心市场又推出了一款新的产品,名为Alveo U25。这是一款非常有竞争力的“一体化SmartNIC平台”。很多跟我们已经有过比较多次交流的,大家都知道我们在几年提出了一些战略转型,今天也是在这个战略转型上,虽然我们过去这几年一直不停的努力,我还是想再强调一下,今天的发布也是这个战略转型所驱动的一个新的演进。我相信很多朋友已经知道,我们数据中心业务在过去一年里取得了很大的进步,其中年增长率达到24%,季度增长率达到92%。

1 多方位加速平台,持续扩展的数据中心生态系统

Alveo作为赛灵思最重要的产品,在传统方面GPU主要进行串行计算而赛灵思的产品Alveo可以在串行、并行方面双管齐下,由于产品的特点,使得Alveo的可以做事情。除软件外,在生态系统方面赛灵思坚持多维度构建,包括OEM、ISV,希望能够多维度有针对性的帮助用户提升算力、存储加速、网络加速。

据赛灵思数据中心事业部产品及平台营销副总裁Donna Yasay透露,关于此产品的供货情况,现在已向关键客户提供样片,预计在2020年第三季度广泛供应。

2  端口速度超过摩尔定律

现今,联网的端口速度快速增长,远超摩尔定律和Dennard缩放比例定律(Dennard’s scaling)计算周期速率。端口速度并不会受到这些因素的限制,由于其基于模拟技术、调制技术创新,使得每个时钟周期里可以把更多的比特塞入线路,而端口速度会持续以几何级数的速度去增长,计算却没有办法跟进同步。随着时间的推移,由于这种差距的存在,服务器中所有的CPU资源都将遭到挤占,而无暇顾及应用级处理,所以显然这是一个日益迫近的问题,也使得越来越多的云服务供应商部署SmartNIC,成为非常迫切的需求,提出一个现成、便捷、开箱即用的解决方案,对于云服务供应商实现这样的目标来说就成了关键。

3  解决数据中心面临联网危机

现阶段,数据中心正面临联网危机。进出数据中心联网流量迅速地增长。现年负荷增长率在25%以上。随着SDN在的增加,云服务器会在CPU和软件中使用很多SDN功能。现今市场的云数据中心服务器很多仅处于通信层面而并非应用级的处理。如此看来对于CPU资源占用率较大。

随着网络端口速度不断攀升,2 级和 3 级云服务提供商、电信和私有云数据中心运营商正面临日益严峻的联网问题和联网成本挑战。与此同时,开发和部署 SmartNIC 所需的大量研发投资,也成为其被广泛采用的障碍。Alveo U25 SmartNIC 平台提供的真正即插即用的功能,化解了上述挑战,为 SmartNIC的广泛部署铺平了道路。

Alveo SmartNIC基于Solarflare技术,Solarflare开发了非常高效的低延时以太网控制器,其驱动和软件来支持所有主要的OS分布,赛灵思并购了Solarflare的IP,并且充分的融入了SmartNIC平台,同时吸收Solarflare的团队和专业技术来开发今后所需的功能和驱动。

U25是首个在路线图中实现的SmartNIC,它基于的是赛灵思FPGA技术,因此其功能方面兼容了灵活应变性及全可编程性,支持FPGA用户级编程。此外,赛灵思提供广泛的一站式加速应用,实现开发与编程FPGA并驾齐驱,为用户提供完全经过测试并且验证的比特文件,且上载到卡片的启动,并且能够符合标准的行业API。同时,赛灵思基于OVS的标准推出一站式的应用来支持虚拟交换、卸载加速。此次会议中,赛灵思也透露,未来在IPSEC、加密卸载、SSL及其他方面推出更多一站式应用。

4  FPGA SmartNIC 平台核心属性

4.1  多领域兼顾特性

SmartNIC 平台基于FPGA技术,能够处理广泛的工作负载。FPGA在机器学习、推断数据库、加速视频转码等方面表现十分突出。在联网方面,能够迅速进行信息包处理和查询。存储领域,能够支持压缩、加密和重复数据的删除等各种工作,从而实现多领域兼顾。

4.2  软件级开发速率

云服务供应商需要快速部署新功能,若ASIC技术需要进项便显得差强人意,但是FPGA可以支持这样的模式,非常容易开发新的功能,并且对FPGA进行重新编程。因此,FPGA的平台是非常灵活应变的,这也是它的关键优势之一。

4.3  单位功耗性能远超SOC

基于SoC的SmartNIC需要通用目的处理路径,但是性能想多较低,缘于一定数量CPU功率电路只能容纳一定数量CPU的核,一旦运营商过渡到200 G到400 G速度,则需要更好地扩展解决方案。FPGA对于数据包的处理通过管线形实现的,以约每个时钟周期一个数据包频率去处理净通量,时钟周期频率为300 Hz ,净产出约每秒3亿个数据包,对于200G以太网来将已经绰绰有余。

同样的功耗水平上,FPGA所能够处理的数据包的数量是SoC的四倍,单位功耗性能比SoC优越十倍,且实现动态可重配置,即时升级现有的功能及动态添加新功能。

4.4  支持动态部署的云模式

用户可以实现在Alveo U25 SmartNIC、以太网的接口进行启动,使服务器与网络之间进行联网,同时实现现有功能的升级,且不需要暂停SmartNIC卡或重启服务器。基于FPGA的SmartNIC非常强大,具有非常出色的性能和单位功耗,能够支持动态部署的云模式和快速功能开发。

5  Alveo U25 SmartNIC 适配器特性

依托于赛灵思业界领先的 FPGA 技术,Alveo U25 SmartNIC 平台相比基于 SoC 的 NIC,可以提供更高的吞吐量和更强大的灵活应变引擎,支持云架构师快速为多种类型的功能与应用提速。U25 SmartNIC 平台支持“bump-in-the-wire (线缆内的块)”式无缝嵌入网络、存储和计算卸载及加速功能,可以避免不必要的数据传输和 CPU 处理,从而最大限度提高效率。而这也显著降低了 CPU的负担并释放更多资源,以运行更多应用。嵌入式 ARM 处理器提供了独特、关键的控制层处理功能,可以支持新兴的裸机服务器用例。基本型 NIC 可提供超高吞吐量、小数据包性能与低时延。

Alveo U25 SmartNIC适配器支持两个25G以太网的端口,适配任何云服务供应商且支持PCle第三代Gen3×8直至CPU的主机。同时具有SmartNIC所有即用即卸特性,平台装载隧道卸载、校验、TCP片断卸载、RSS、SR-IOV等标准基础功能及驱动。

6  Onload技术

此外,Alveo U25 SmartNIC支持Onload技术,技术来源于赛灵思新进收购的Solarflare通讯公司。Onload技术通过内核技术低时延使用。同时Alveo U25 SmartNIC还支持时间戳、存储处理,FPGA有ZYNQ级的器件,有超过50万个LUT。其嵌入式内核A53处理器单元可以做控制层处理,同时搭载6G DDR4 SDRAM,进行作数据包的缓冲或表扩展,用于表的查询和其他功能。

此技术可以使用户不经过内核直接将数据包发送至用户空间,由Onload的驱动直接处理TCPIP的堆栈,将数据输送到标准的符合TCP的套接字中。这意味着数据包在输送的时候可以降低时延,与经过内核情况相比,时延可减低80%,由于省去了内核与用户之间的接触转换,故服务器效率也能大大提高,因为没有时间的浪费,也能够节约状态和接触转换,原来在用户空间和内核当中都会出现此类状态和技术转换。

Onload 技术在金融科技领域的应用当中得到了非常好的验证,也是Solarflare在金融科技领域的优势所在。Onload 技术在云端也拥有非常广泛的应用前景。任何类似基于TCP的应用,无论是数据库或者是服务器的负载平衡器及代理器应用,其用户空间基于TCP运行就能够提升服务器效率,进而从中受益。此外,基准测算显示方面应用性能可以提升400%,低时延在分布式存储网络当中可降低与远程存储阵列的延时,使之更像本地连接存储。

7  OCP 3.0 以太网适配器与 OCP 加速器模块

XtremeScale X2562以太网适配器卡作为Solarflare传统适配器产品线的延伸,该卡符合 OCP Spec 3.0 外形尺寸规格。X2562 是针对高性能电子交易环境与企业级数据中心而设计,可提供亚微秒级时延、高吞吐量,以及可将实时数据包和信息流连接到数千个虚拟 NIC 的超大规模连接能力。X2562 目前已经开始提供样品,将于 2020 年第二季度批量供货。

赛灵思此次发布了全球首款基于 FPGA 的开放计算加速器模块( OAM )的概念验证板。该夹层卡基于赛灵UltraScale+™ VU37P FPGA 并搭载 8GB HBM 存储器,符合开放加速器基础设施( OAI )规格,可支持七条 25Gbps x8 链路,为分布式加速提供了丰富的模块间系统拓扑。HBM高带宽对于很多的应用来说,比如需要很大内存的数据库搜索的应用来说也非常难得,因为本身这会需要非常多的内存。而且在机器学习推断和其他类型的应用方面也会非常出色,据透露,赛灵思现已和一些关键客户合作,实验进行参考设计。