英特爾攜手微軟打造全新I/O虛擬化架構(gòu)，大幅提升加速器和I/O設(shè)備的可擴(kuò)展性

Ronak Singhal

英特爾資深院士

英特爾至強(qiáng)路線圖與技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力部門首席架構(gòu)師

近日，英特爾攜手微軟為開放計(jì)算項(xiàng)目（OCP）提供了可擴(kuò)展I/O虛擬化（SIOV）架構(gòu)，使設(shè)備和平臺(tái)制造商能夠使用云服務(wù)器中的PCIe和Compute Express Link設(shè)備的超大規(guī)模虛擬化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。采用SIOV架構(gòu)后，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商不僅能夠讓客戶降低使用高性能加速器和其他關(guān)鍵I/O設(shè)備的成本，亦能夠減輕此前的標(biāo)準(zhǔn)為I/O設(shè)備制造商帶來的成本和編程負(fù)擔(dān)。

新的SIOV架構(gòu)是一種現(xiàn)代化的硬件和軟件架構(gòu)，不僅可以實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備高效的大規(guī)模虛擬化，也克服了先前I/O虛擬化技術(shù)的擴(kuò)展限制。根據(jù)開放計(jì)算項(xiàng)目的條款聲明，任何公司都可以采用SIOV技術(shù)，并可以通過開放的零成本許可將其應(yīng)用于自身產(chǎn)品中。

在云環(huán)境中，包括網(wǎng)絡(luò)適配器、GPU和存儲(chǔ)控制器在內(nèi)的I/O設(shè)備能夠在許多需要其服務(wù)的虛擬化工作負(fù)載之間共享。通過虛擬化軟件堆棧，硬件輔助的I/O虛擬化技術(shù)能夠有效地將這些工作負(fù)載的I/O流量路由到這些設(shè)備中，而且它也有助于降低成本并達(dá)到接近“裸金屬”速度的性能。

I/O虛擬化將從企業(yè)級(jí)規(guī)模演進(jìn)到超大規(guī)模

十多年前發(fā)布的單根I/O虛擬化（SR-IOV）是第一個(gè)I/O虛擬化架構(gòu)，基于那個(gè)時(shí)代的虛擬化環(huán)境，每臺(tái)服務(wù)器通常運(yùn)行少于20個(gè)虛擬化工作負(fù)載。SR-IOV將大部分虛擬化和管理邏輯加載到PCIe設(shè)備上，但這不僅增加了設(shè)備的復(fù)雜性也降低了虛擬化堆棧的I/O管理的靈活性。在隨后的幾年中，由于CPU內(nèi)核數(shù)量增長，虛擬化堆棧日漸成熟，容器和微服務(wù)技術(shù)使得工作負(fù)載密度成指數(shù)級(jí)增長?；诖?，隨著從“企業(yè)級(jí)規(guī)?！边^渡到“超大規(guī)?！碧摂M化，I/O虛擬化也需要日漸演進(jìn)。

SIOV是專為超大規(guī)模時(shí)代設(shè)計(jì)的硬件輔助I/O虛擬化，具備支持每臺(tái)服務(wù)器數(shù)千個(gè)虛擬化工作負(fù)載的潛能。一方面，SIOV將把性能要求不敏感的虛擬化和管理邏輯從PCIe設(shè)備轉(zhuǎn)移到虛擬化堆棧中；另一方面，它還在設(shè)備上使用了一個(gè)新的可擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，即PCIe內(nèi)存地址空間ID，主要用于工作負(fù)載的內(nèi)存尋址。虛擬化I/O設(shè)備不僅變得更容易配置和擴(kuò)展，還能為它同時(shí)支持的每個(gè)虛擬機(jī)、容器或微服務(wù)提供接近原生的性能。

SIOV的優(yōu)化可以降低設(shè)備成本，讓設(shè)備更有效地訪問大量虛擬機(jī)和容器，并讓虛擬化堆棧實(shí)現(xiàn)更靈活地配置和組合。整體而言，SIOV不僅為嚴(yán)苛的數(shù)據(jù)中心提供了一條高效的途徑，也為塑造數(shù)字世界更領(lǐng)先的AI、網(wǎng)絡(luò)、分析和其他高要求的虛擬工作負(fù)載提供了高性能I/O和加速。

標(biāo)準(zhǔn)和開放的生態(tài)系統(tǒng)推動(dòng)增長和創(chuàng)新

英特爾公司首席執(zhí)行官帕特·基辛格（Pat Gelsinger）近期指出，基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放生態(tài)系統(tǒng)加速了行業(yè)發(fā)展，并為客戶提供了更多選擇。基于此，英特爾和微軟開發(fā)、驗(yàn)證了SIOV架構(gòu)并將其提供給開放計(jì)算項(xiàng)目。未來，它將持續(xù)推動(dòng)CPU、I/O器件和云架構(gòu)的創(chuàng)新，從而為每個(gè)人提更高的服務(wù)性能和更大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。我們也非常期待開放計(jì)算項(xiàng)目社區(qū)能夠采用和持續(xù)優(yōu)化該架構(gòu)。

微軟云和人工智能高級(jí)架構(gòu)總經(jīng)理Zaid Kahn表示：“隨著系統(tǒng)架構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，微軟長期以來一直與芯片合作伙伴在標(biāo)準(zhǔn)方面展開合作?？蓴U(kuò)展I/O虛擬化架構(gòu)是我們與英特爾一起為硬件開放標(biāo)準(zhǔn)所做的最新貢獻(xiàn)，此外還有諸如PCIe、Compute Express Link和UEFI等貢獻(xiàn)。通過與英特爾和開放計(jì)算項(xiàng)目合作，我們希望廣泛推動(dòng)SIOV在芯片廠商、設(shè)備供應(yīng)商和IP供應(yīng)商中的大規(guī)模應(yīng)用，同時(shí)也期待能在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行更廣泛的合作，并隨著云基礎(chǔ)設(shè)施需求的增長和變化而不斷演進(jìn)這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

值得注意的是，即將推出的英特爾?至強(qiáng)?可擴(kuò)展處理器（代號(hào) Sapphire Rapids）、英特爾?以太網(wǎng) 800系列網(wǎng)絡(luò)控制器以及未來的PCIe和Compute Express Link（CXL）設(shè)備和加速器都將支持SIOV技術(shù)。同時(shí)，Linux內(nèi)核的相關(guān)工作正在進(jìn)行中，預(yù)計(jì)將在2022年晚些時(shí)候集成該技術(shù)。此外，設(shè)備、CPU和虛擬化生態(tài)系統(tǒng)中的主要廠商也已經(jīng)了解相關(guān)信息，并很期待將SIOV整合到他們的產(chǎn)品路線圖中。

基于SIOV，云、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心行業(yè)可以為超大規(guī)模時(shí)代的虛擬化提供統(tǒng)一的啟動(dòng)平臺(tái)。

更多有關(guān)SIOV的信息

我們已經(jīng)可以看到“良性循環(huán)”在發(fā)揮作用，因?yàn)殚_放的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)催生巨大的創(chuàng)新，希望更多的企業(yè)和機(jī)構(gòu)能夠加入我們的行列，在他們的產(chǎn)品和云基礎(chǔ)設(shè)施中支持SIOV，并加入開放計(jì)算項(xiàng)目社區(qū)，共同推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。欲了解更多信息，可在開放計(jì)算項(xiàng)目網(wǎng)站上查看這項(xiàng)規(guī)范。