業(yè)界首款一體化 SmartNIC 平臺發(fā)布,解決云服務商“聯(lián)網(wǎng)難”問題

隨著企業(yè)使其計算和網(wǎng)絡架構(gòu)現(xiàn)代化,云原生架構(gòu)是主要的目標。云計算已成為企業(yè)應用程序的主要范式,隨著企業(yè)使其計算和網(wǎng)絡架構(gòu)現(xiàn)代化,云原生架構(gòu)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(wǎng)絡,存儲和安全性。這些SmartNIC真正成為I / O基礎設施協(xié)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(jīng)過度征稅的通用服務器CPU。

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

靈思數(shù)據(jù)中心事業(yè)部產(chǎn)品及平臺營銷副總裁 Donna Yasay(右)

賽靈思大中華區(qū)銷售副總裁唐曉蕾(左)

賽靈思數(shù)據(jù)中心事業(yè)部產(chǎn)品及平臺營銷副總裁 唐曉蕾表示:此次產(chǎn)品發(fā)布主要是針對數(shù)據(jù)中心,我們在數(shù)據(jù)中心市場又推出了一款新的產(chǎn)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(jīng)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(zhàn)略轉(zhuǎn)型,今天也是在這個戰(zhàn)略轉(zhuǎn)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(diào)一下,今天的發(fā)布也是這個戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型所驅(qū)動的一個新的演進。我相信很多朋友已經(jīng)知道,我們數(shù)據(jù)中心業(yè)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(xù)擴展的數(shù)據(jù)中心生態(tài)系統(tǒng)

Alveo作為賽靈思最重要的產(chǎn)品,在傳統(tǒng)方面GPU主要進行串行計算而賽靈思的產(chǎn)品Alveo可以在串行、并行方面雙管齊下,由于產(chǎn)品的特點,使得Alveo的可以做事情。除軟件外,在生態(tài)系統(tǒng)方面賽靈思堅持多維度構(gòu)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(wǎng)絡加速。

據(jù)賽靈思數(shù)據(jù)中心事業(yè)部產(chǎn)品及平臺營銷副總裁Donna Yasay透露,關(guān)于此產(chǎn)品的供貨情況,現(xiàn)在已向關(guān)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(xiàn)今,聯(lián)網(wǎng)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(shù)、調(diào)制技術(shù)創(chuàng)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(xù)以幾何級數(shù)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(xiàn)成、便捷、開箱即用的解決方案,對于云服務供應商實現(xiàn)這樣的目標來說就成了關(guān)鍵。

3  解決數(shù)據(jù)中心面臨聯(lián)網(wǎng)危機

現(xiàn)階段,數(shù)據(jù)中心正面臨聯(lián)網(wǎng)危機。進出數(shù)據(jù)中心聯(lián)網(wǎng)流量迅速地增長?，F(xiàn)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?，F(xiàn)今市場的云數(shù)據(jù)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(wǎng)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(shù)據(jù)中心運營商正面臨日益嚴峻的聯(lián)網(wǎng)問題和聯(lián)網(wǎng)成本挑戰(zhàn)。與此同時,開發(fā)和部署 SmartNIC 所需的大量研發(fā)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(zhàn),為 SmartNIC的廣泛部署鋪平了道路。

Alveo SmartNIC基于Solarflare技術(shù),Solarflare開發(fā)了非常高效的低延時以太網(wǎng)控制器,其驅(qū)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(yè)技術(shù)來開發(fā)今后所需的功能和驅(qū)動。

U25是首個在路線圖中實現(xiàn)的SmartNIC,它基于的是賽靈思FPGA技術(shù),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(xiàn)開發(fā)與編程FPGA并駕齊驅(qū),為用戶提供完全經(jīng)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(yè)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(lǐng)域兼顧特性

SmartNIC 平臺基于FPGA技術(shù),能夠處理廣泛的工作負載。FPGA在機器學習、推斷數(shù)據(jù)庫、加速視頻轉(zhuǎn)碼等方面表現(xiàn)十分突出。在聯(lián)網(wǎng)方面,能夠迅速進行信息包處理和查詢。存儲領(lǐng)域,能夠支持壓縮、加密和重復數(shù)據(jù)的刪除等各種工作,從而實現(xiàn)多領(lǐng)域兼顧。

4.2  軟件級開發(fā)速率

云服務供應商需要快速部署新功能,若ASIC技術(shù)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(fā)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(guān)鍵優(yōu)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(shù)量CPU功率電路只能容納一定數(shù)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(shù)據(jù)包的處理通過管線形實現(xiàn)的,以約每個時鐘周期一個數(shù)據(jù)包頻率去處理凈通量,時鐘周期頻率為300 Hz ,凈產(chǎn)出約每秒3億個數(shù)據(jù)包,對于200G以太網(wǎng)來將已經(jīng)綽綽有余。

同樣的功耗水平上,FPGA所能夠處理的數(shù)據(jù)包的數(shù)量是SoC的四倍,單位功耗性能比SoC優(yōu)越十倍,且實現(xiàn)動態(tài)可重配置,即時升級現(xiàn)有的功能及動態(tài)添加新功能。

4.4  支持動態(tài)部署的云模式

用戶可以實現(xiàn)在Alveo U25 SmartNIC、以太網(wǎng)的接口進行啟動,使服務器與網(wǎng)絡之間進行聯(lián)網(wǎng),同時實現(xiàn)現(xiàn)有功能的升級,且不需要暫停SmartNIC卡或重啟服務器?；贔PGA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(tài)部署的云模式和快速功能開發(fā)。

5  Alveo U25 SmartNIC 適配器特性

依托于賽靈思業(yè)界領(lǐng)先的 FPGA 技術(shù),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(gòu)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(nèi)的塊)”式無縫嵌入網(wǎng)絡、存儲和計算卸載及加速功能,可以避免不必要的數(shù)據(jù)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(guān)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(shù)據(jù)包性能與低時延。

Alveo U25 SmartNIC適配器支持兩個25G以太網(wǎng)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(qū)動。

6  Onload技術(shù)

此外,Alveo U25 SmartNIC支持Onload技術(shù),技術(shù)來源于賽靈思新進收購的Solarflare通訊公司。Onload技術(shù)通過內(nèi)核技術(shù)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(nèi)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(shù)據(jù)包的緩沖或表擴展,用于表的查詢和其他功能。

此技術(shù)可以使用戶不經(jīng)過內(nèi)核直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送至用戶空間,由Onload的驅(qū)動直接處理TCPIP的堆棧,將數(shù)據(jù)輸送到標準的符合TCP的套接字中。這意味著數(shù)據(jù)包在輸送的時候可以降低時延,與經(jīng)過內(nèi)核情況相比,時延可減低80%,由于省去了內(nèi)核與用戶之間的接觸轉(zhuǎn)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(jié)約狀態(tài)和接觸轉(zhuǎn)換,原來在用戶空間和內(nèi)核當中都會出現(xiàn)此類狀態(tài)和技術(shù)轉(zhuǎn)換。

Onload 技術(shù)在金融科技領(lǐng)域的應用當中得到了非常好的驗證,也是Solarflare在金融科技領(lǐng)域的優(yōu)勢所在。Onload 技術(shù)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)適配器與 OCP 加速器模塊

XtremeScale X2562以太網(wǎng)適配器卡作為Solarflare傳統(tǒng)適配器產(chǎn)品線的延伸,該卡符合 OCP Spec 3.0 外形尺寸規(guī)格。X2562 是針對高性能電子交易環(huán)境與企業(yè)級數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包和信息流連接到數(shù)千個虛擬 NIC 的超大規(guī)模連接能力。X2562 目前已經(jīng)開始提供樣品,將于 2020 年第二季度批量供貨。

賽靈思此次發(fā)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(guī)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(tǒng)拓撲。HBM高帶寬對于很多的應用來說,比如需要很大內(nèi)存的數(shù)據(jù)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(nèi)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(jù)透露,賽靈思現(xiàn)已和一些關(guān)鍵客戶合作,實驗進行參考設計。