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标题: 智能网卡-提升网络性能的新选择 [打印本页]

作者: 没腿的鸟 时间: 2024-6-11 11:12
标题: 智能网卡-提升网络性能的新选择
一、智能网口先容
智能网卡（Smart NIC）是一种专用于网络数据处理的高性能网卡，采用了定制芯片、高速网络接口和强大的软件支持，可以为数据中心和企业网络提供更快、更安全、更可靠的网络连接和数据传输服务。
智能网卡的出现受到了业界的广泛关注和欢迎，由于它可以提供许多传统网卡无法达到的性能优势和功能加强，也可以应对越来越复杂的网络应用和业务需求。“智能网卡可以提高数据中心的吞吐量和服从，同时也可以降低能耗和本钱。”云计算专家李欣说。据他先容，智能网卡通常具有以下特点：
• 高性能:智能网卡通常采用专用芯片和高速网络接口，可以实现超高的数据处理速率、吞吐量和流量控制服从，从而提高网络性能和响应速度。
• 安全可靠:智能网卡不仅可以加快数据传输，还可以提供更好的安全功能和保护机制，如数据加密、访问控制、DDoS防御、防火墙等，从而加强网络的安全性和稳固性。
• 支持分布式存储和计算:智能网卡还可以与分布式存储、计算等技术结合，实现更高效的数据处理和分析，同时也可以降低网络耽误和负载压力，从而提高团体性能和服从。
智能网卡现在已成为数据中心、云计算、大数据、人工智能等范畴的热门技术和解决方案。各大厂商也在加快推进智能网卡的计划、生产和贩卖，以满意客户日益增长的需求和期待。
比方，英特尔（Intel）公司推出了“英特尔以太网 800 系列智能网卡”（英特尔 Ethernet 800 Series Smart NIC），“能为浩繁的高端服务提供商和企业客户带来更高的网络性能和可靠性。”英特尔副总裁夏业良说。同时，博通（Broadcom）、马维尔（Marvell）、华为（Huawei）、戴尔（Dell）等公司也纷纷推出了自己的智能网卡产品线，并提供差别级别和代价的选择。
将来，智能网卡还将与5G、物联网、边缘计算等新兴技术结合，开辟更广泛的应用场景和市场机会。各方面的趋势和发展动向也表明，智能网卡已成为提高网络性能和保障安全的新选择，将徐徐成为网络互换机、路由器等核心设备的标配。总之，智能网卡的出现和应用将推动网络技术的创新和进步，为数字化社会和智能化将来带来更多的机会和挑衅
随着CPU 密度和数据中心网络带宽的进一步提升，用户对预期性能的需求，体系运行平稳性都会有更高的要求。云厂商一方面面对巨大的本钱压力，另一方面面对巨大的运维压力。而智能网卡的出现，可以用来减轻网络功能虚拟化的负担。
二、智能网卡发展进程
（1）第一阶段：基础功能网卡
即平凡网卡，能够提供2*10G带宽基本能力；硬件卸载能力较弱。
传统网卡在完成在完成数据收发工作外，不处理任何与云化、业务相关的计算任务。
（2）第二阶段：硬件卸载网卡（第一代智能网卡SNIC）
拥有丰富的硬件卸载能力；可以提供Virtio硬件加快；安全相关数据面卸载；无损网络能力。
差别于传统网卡，智能网卡卸载云化网络转发功能，提供高性能网络转发能力，开释CPU 通用计算资源。智能网卡可以满意各种offload需求（靠CPU来做的工作都移给了网卡），包罗传输和存储协议。同时，提供网络可编程能力，实现网络转发逻辑的定制化，保证了功能的机动性。
智能网卡提供了一种以更高性价比实现网络加快的技术方案，同时也提供了一种新的计划头脑。
（3）第三阶段：DPU智能网卡
在第一代智能网卡基础上参加CPU而形成的第二代智能网卡：
除了包罗第一代智能网卡的所有功能外，还可以实现安全相关功能全卸载（数据面+控制面）
为了解决I/O性能瓶颈和虚拟化技术发展限定等问题，DPU应运而生。
DPU(Data Processing unit，数据处理器）是一种围绕数据处理提供供网络、存储、安全、管理等数据中心基础办法虚拟化服务的专用处理器。基于 ARM/X86 等架构的 CPU 与 ASIC（Application Specific Integrated Circuit）/NP（Network Processor）/FPGA（Field Programmable Gate Array）等专用硬件加快引擎构成的计算架构，形成提供虚拟化功能的实体。

三、CPU/GPU/DPU关系和区别
CPU：中心处理器。GPU：图形处理器。DPU：数据处理器
CPU：“计算为中心”，DPU：“数据为中心”。
现在的时代从“计算为中心”变化为“数据为中心”，这也是越来越多公司关注大数据、云服务的原因。

三、DPU和智能网卡的区别
探究二者的区别，可先从概念入手，分别分析一下DPU与 Smart NIC的特点。智能网卡特点：智能网卡Smart NIC主要解决的问题是网络传输上无法线性传输数据问题，以及卸载更适合在网络上执行的业务，接纳的方法是在智能网卡添加相应业务的加快引擎，以开释服务器上昂贵的CPU算力，为计算任务提供更多的CPU算力。
最初的智能网卡具有3个重要特性：
1）开释CPU开销及可编程，通过FPGA 或协处理器来本地化编程支持数据面和控制面的功能定制，卸载CPU网络负载；
2）任务加快，通过专用加快器实现特定功能并保证数据转发的线速；
3）流量管理，监测和管理网络流量。
DPU特点：DPU概念的建立是在2020年10月NVIDIA将基于Mellanox的Smart NIC卡命名为“DPU”，可以认为DPU是智能网卡的升级，因此DPU连续了智能网卡“开释CPU开销”、“可编程”、“任务加快”、 “流量管理”等功能，并实现了控制面和数据面的通用可编程加快。如今数据中心中的各项操作主要都在CPU上完成，包罗计算任务和各项基础办法任务等，而面对数据处理需求的增长，CPU的算力已经达到瓶颈，摩尔定律徐徐失效，GPU的出现解决了CPU的算力问题，数据中心的瓶颈转向基础办法任务，如数据存储、数据验证、网络安全等。
DPU的出现满意了这样的通用的基础办法任务加快的需求。由DPU构建强大的基础办法层，上层的CPU和GPU来完成计算任务。DPU具有的特性为：
1）行业标准、高性能、软件可编程的多核CPU，通常基于广泛使用的ARM架构，与别的SoC 组件紧密耦合。
2）高性能网络接口，能够以线速或网络其余部门的速度解析、处理和有用地将数据传输到 GPU和CPU。
3）丰富的机动可编程加快引擎，可为AI和机器学习、安全、电信、存储和虚拟化等执行卸载并提高应用程序性能。DPU最核心的任务是数据的预处理和后处理，如网络类任务（包罗ALL2ALL、点对点等各种通信模式加快，IPSec，TCP连接跟踪，RDMA等）、存储类任务（分布式存储，数据落盘加解密，数据压缩，数据冗余算法等）、虚拟化加快（OVS及各种Hypervisor的卸载，控制平面和业务平面分离）、对硬件安全的保障（Root of Trust等）。
从云计算业务的角度看，DPU是把整个IaaS的服务完整的卸载到硬件做加快。因此一线的云运营商对DPU的需求会更强烈，数据中心规模充足大时任何一个任务的Offload到硬件都意味着非常显著的性能提升和本钱降低，带来最直接的利润。随着整个软硬件技术栈的演进，DPU的采用会逐步扩展到所有的云运营商，以及别的各类数据中心。智能网卡和DPU对比分析
智能网卡中包罗FPGA型和ARM核心型，FPGA型难以处理控制平面任务；ARM型则会因处理别的任务而负载过重，DPU包罗数据平面和控制平面的双平面卸载及加快，可以解决以上问题。另外DPU与智能网卡的最大区别是可作为数据中心的最小节点存在，拥有计算功能、网卡功能、加快计算引擎、安全引擎等并可拓展，将来将成为数据中心的标配与三大核心之一（CPU、GPU、DPU）。
五智能网卡的优势

网络接口卡大大提高了服务器连接到网络的速度 - 从 10 MB 增加到 100 GB。基于软件的网络（比方虚拟互换机和数据平面开发工具包）的出现对服务器CPU的使用提出了更多的数据包处理要求。典型的服务器可以运行软件定义的网络、负载平衡、加密、深度数据包检测和其他密集型输入输出软件。这种数据包处理必要大量的 CPU 容量，因此必要 CPU 内核来运行网络功能，而不是任务关键型应用程序处理。
可以对智能 NIC 进行编程以运行网络软件进程，并开释服务器处理以执行其主要应用程序任务。其他智能 NIC 应用可以包罗数据包捕获、网络管理和网络可见性。
智能 NIC 的经济前提是它们的本钱被让服务器执行其主要任务而不是花费大量时间运行网络应用程序的应用程序处理优势所抵消。
四、纯国产化复旦微FM4550开发板（必要可私信）
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