隨著企業使其計算和網絡架構現代化,云原生架構是主要的目標。云計算已成為企業應用程序的主要范式,隨著企業使其計算和網絡架構現代化,云原生架構是主要的目標。

第一代SmartNIC是早期特定于域的處理器,專注于加速網絡,存儲和安全性。這些SmartNIC真正成為I / O基礎設施協處理器。對裸機云和安全性的需求將推動軟件定義的功能進入這些可編程SmartNIC適配器,而不是增加昂貴且已經過度征稅的通用服務器CPU。

自適應和智能計算的全球領先企業賽靈思公司(Xilinx, Inc.,(NASDAQ: XLNX))近日宣布推出業界首款“一體化 SmartNIC 平臺”— Alveo? U25,真正在單顆器件上實現了網絡、存儲和計算加速功能的完美融合。《電子產品世界》受邀參會,會議主講人為:賽靈思數據中心事業部產品及平臺營銷副總裁 Donna Yasay和賽靈思大中華區銷售副總裁唐曉蕾(Maria Tang)。

靈思數據中心事業部產品及平臺營銷副總裁 Donna Yasay(右)

賽靈思大中華區銷售副總裁唐曉蕾(左)

賽靈思數據中心事業部產品及平臺營銷副總裁 唐曉蕾表示:此次產品發布主要是針對數據中心,我們在數據中心市場又推出了一款新的產品,名為Alveo U25。這是一款非常有競爭力的“一體化SmartNIC平臺”。很多跟我們已經有過比較多次交流的,大家都知道我們在幾年提出了一些戰略轉型,今天也是在這個戰略轉型上,雖然我們過去這幾年一直不停的努力,我還是想再強調一下,今天的發布也是這個戰略轉型所驅動的一個新的演進。我相信很多朋友已經知道,我們數據中心業務在過去一年里取得了很大的進步,其中年增長率達到24%,季度增長率達到92%。

1 多方位加速平臺,持續擴展的數據中心生態系統

Alveo作為賽靈思最重要的產品,在傳統方面GPU主要進行串行計算而賽靈思的產品Alveo可以在串行、并行方面雙管齊下,由于產品的特點,使得Alveo的可以做事情。除軟件外,在生態系統方面賽靈思堅持多維度構建,包括OEM、ISV,希望能夠多維度有針對性的幫助用戶提升算力、存儲加速、網絡加速。

據賽靈思數據中心事業部產品及平臺營銷副總裁Donna Yasay透露,關于此產品的供貨情況,現在已向關鍵客戶提供樣片,預計在2020年第三季度廣泛供應。

2  端口速度超過摩爾定律

現今,聯網的端口速度快速增長,遠超摩爾定律和Dennard縮放比例定律(Dennard’s scaling)計算周期速率。端口速度并不會受到這些因素的限制,由于其基于模擬技術、調制技術創新,使得每個時鐘周期里可以把更多的比特塞入線路,而端口速度會持續以幾何級數的速度去增長,計算卻沒有辦法跟進同步。隨著時間的推移,由于這種差距的存在,服務器中所有的CPU資源都將遭到擠占,而無暇顧及應用級處理,所以顯然這是一個日益迫近的問題,也使得越來越多的云服務供應商部署SmartNIC,成為非常迫切的需求,提出一個現成、便捷、開箱即用的解決方案,對于云服務供應商實現這樣的目標來說就成了關鍵。

3  解決數據中心面臨聯網危機

現階段,數據中心正面臨聯網危機。進出數據中心聯網流量迅速地增長。現年負荷增長率在25%以上。隨著SDN在的增加,云服務器會在CPU和軟件中使用很多SDN功能。現今市場的云數據中心服務器很多僅處于通信層面而并非應用級的處理。如此看來對于CPU資源占用率較大。

隨著網絡端口速度不斷攀升,2 級和 3 級云服務提供商、電信和私有云數據中心運營商正面臨日益嚴峻的聯網問題和聯網成本挑戰。與此同時,開發和部署 SmartNIC 所需的大量研發投資,也成為其被廣泛采用的障礙。Alveo U25 SmartNIC 平臺提供的真正即插即用的功能,化解了上述挑戰,為 SmartNIC的廣泛部署鋪平了道路。

Alveo SmartNIC基于Solarflare技術,Solarflare開發了非常高效的低延時以太網控制器,其驅動和軟件來支持所有主要的OS分布,賽靈思并購了Solarflare的IP,并且充分的融入了SmartNIC平臺,同時吸收Solarflare的團隊和專業技術來開發今后所需的功能和驅動。

U25是首個在路線圖中實現的SmartNIC,它基于的是賽靈思FPGA技術,因此其功能方面兼容了靈活應變性及全可編程性,支持FPGA用戶級編程。此外,賽靈思提供廣泛的一站式加速應用,實現開發與編程FPGA并駕齊驅,為用戶提供完全經過測試并且驗證的比特文件,且上載到卡片的啟動,并且能夠符合標準的行業API。同時,賽靈思基于OVS的標準推出一站式的應用來支持虛擬交換、卸載加速。此次會議中,賽靈思也透露,未來在IPSEC、加密卸載、SSL及其他方面推出更多一站式應用。

4  FPGA SmartNIC 平臺核心屬性

4.1  多領域兼顧特性

SmartNIC 平臺基于FPGA技術,能夠處理廣泛的工作負載。FPGA在機器學習、推斷數據庫、加速視頻轉碼等方面表現十分突出。在聯網方面,能夠迅速進行信息包處理和查詢。存儲領域,能夠支持壓縮、加密和重復數據的刪除等各種工作,從而實現多領域兼顧。

4.2  軟件級開發速率

云服務供應商需要快速部署新功能,若ASIC技術需要進項便顯得差強人意,但是FPGA可以支持這樣的模式,非常容易開發新的功能,并且對FPGA進行重新編程。因此,FPGA的平臺是非常靈活應變的,這也是它的關鍵優勢之一。

4.3  單位功耗性能遠超SOC

基于SoC的SmartNIC需要通用目的處理路徑,但是性能想多較低,緣于一定數量CPU功率電路只能容納一定數量CPU的核,一旦運營商過渡到200 G到400 G速度,則需要更好地擴展解決方案。FPGA對于數據包的處理通過管線形實現的,以約每個時鐘周期一個數據包頻率去處理凈通量,時鐘周期頻率為300 Hz ,凈產出約每秒3億個數據包,對于200G以太網來將已經綽綽有余。

同樣的功耗水平上,FPGA所能夠處理的數據包的數量是SoC的四倍,單位功耗性能比SoC優越十倍,且實現動態可重配置,即時升級現有的功能及動態添加新功能。

4.4  支持動態部署的云模式

用戶可以實現在Alveo U25 SmartNIC、以太網的接口進行啟動,使服務器與網絡之間進行聯網,同時實現現有功能的升級,且不需要暫停SmartNIC卡或重啟服務器。基于FPGA的SmartNIC非常強大,具有非常出色的性能和單位功耗,能夠支持動態部署的云模式和快速功能開發。

5  Alveo U25 SmartNIC 適配器特性

依托于賽靈思業界領先的 FPGA 技術,Alveo U25 SmartNIC 平臺相比基于 SoC 的 NIC,可以提供更高的吞吐量和更強大的靈活應變引擎,支持云架構師快速為多種類型的功能與應用提速。U25 SmartNIC 平臺支持“bump-in-the-wire (線纜內的塊)”式無縫嵌入網絡、存儲和計算卸載及加速功能,可以避免不必要的數據傳輸和 CPU 處理,從而最大限度提高效率。而這也顯著降低了 CPU的負擔并釋放更多資源,以運行更多應用。嵌入式 ARM 處理器提供了獨特、關鍵的控制層處理功能,可以支持新興的裸機服務器用例。基本型 NIC 可提供超高吞吐量、小數據包性能與低時延。

Alveo U25 SmartNIC適配器支持兩個25G以太網的端口,適配任何云服務供應商且支持PCle第三代Gen3×8直至CPU的主機。同時具有SmartNIC所有即用即卸特性,平臺裝載隧道卸載、校驗、TCP片斷卸載、RSS、SR-IOV等標準基礎功能及驅動。

6  Onload技術

此外,Alveo U25 SmartNIC支持Onload技術,技術來源于賽靈思新進收購的Solarflare通訊公司。Onload技術通過內核技術低時延使用。同時Alveo U25 SmartNIC還支持時間戳、存儲處理,FPGA有ZYNQ級的器件,有超過50萬個LUT。其嵌入式內核A53處理器單元可以做控制層處理,同時搭載6G DDR4 SDRAM,進行作數據包的緩沖或表擴展,用于表的查詢和其他功能。

此技術可以使用戶不經過內核直接將數據包發送至用戶空間,由Onload的驅動直接處理TCPIP的堆棧,將數據輸送到標準的符合TCP的套接字中。這意味著數據包在輸送的時候可以降低時延,與經過內核情況相比,時延可減低80%,由于省去了內核與用戶之間的接觸轉換,故服務器效率也能大大提高,因為沒有時間的浪費,也能夠節約狀態和接觸轉換,原來在用戶空間和內核當中都會出現此類狀態和技術轉換。

Onload 技術在金融科技領域的應用當中得到了非常好的驗證,也是Solarflare在金融科技領域的優勢所在。Onload 技術在云端也擁有非常廣泛的應用前景。任何類似基于TCP的應用,無論是數據庫或者是服務器的負載平衡器及代理器應用,其用戶空間基于TCP運行就能夠提升服務器效率,進而從中受益。此外,基準測算顯示方面應用性能可以提升400%,低時延在分布式存儲網絡當中可降低與遠程存儲陣列的延時,使之更像本地連接存儲。

7  OCP 3.0 以太網適配器與 OCP 加速器模塊

XtremeScale X2562以太網適配器卡作為Solarflare傳統適配器產品線的延伸,該卡符合 OCP Spec 3.0 外形尺寸規格。X2562 是針對高性能電子交易環境與企業級數據中心而設計,可提供亞微秒級時延、高吞吐量,以及可將實時數據包和信息流連接到數千個虛擬 NIC 的超大規模連接能力。X2562 目前已經開始提供樣品,將于 2020 年第二季度批量供貨。

賽靈思此次發布了全球首款基于 FPGA 的開放計算加速器模塊( OAM )的概念驗證板。該夾層卡基于賽靈UltraScale+? VU37P FPGA 并搭載 8GB HBM 存儲器,符合開放加速器基礎設施( OAI )規格,可支持七條 25Gbps x8 鏈路,為分布式加速提供了豐富的模塊間系統拓撲。HBM高帶寬對于很多的應用來說,比如需要很大內存的數據庫搜索的應用來說也非常難得,因為本身這會需要非常多的內存。而且在機器學習推斷和其他類型的應用方面也會非常出色,據透露,賽靈思現已和一些關鍵客戶合作,實驗進行參考設計。