教大家應(yīng)該怎樣選擇最佳的DPU智能網(wǎng)卡

許多人都在討論 DPU（數(shù)據(jù)處理器）智能網(wǎng)卡，但卻忽略了一個簡單的問題：智能網(wǎng)卡是什么，智能網(wǎng)卡有什么作用？

網(wǎng)卡（NIC），全稱網(wǎng)絡(luò)接口卡，是一張 PCIe 卡，可以插入服務(wù)器或存儲盒，實現(xiàn)與以太網(wǎng)連接。而 DPU 智能網(wǎng)卡超越了簡單的連接，并在網(wǎng)卡上實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量處理，相比其他的基礎(chǔ)網(wǎng)卡，這些處理必須交由 CPU 來執(zhí)行。

部分供應(yīng)商對 DPU 智能網(wǎng)卡的定義是完全集中在應(yīng)用上的，但是這樣定義并不準(zhǔn)確，因為不同的供應(yīng)商有不同的架構(gòu)。例如，一張 DPU 智能網(wǎng)卡可以基于 ASIC、FPGA 和 SoC 芯片。然而，只生產(chǎn)一種網(wǎng)卡的廠商通常會認(rèn)為只有他們的網(wǎng)卡才稱得上是智能網(wǎng)卡。

ASIC 型網(wǎng)卡

高性價比

高廠商開發(fā)成本

可編程及可擴展

其靈活性受限于預(yù)設(shè)定功能

FPGA 型網(wǎng)卡

性能好，但價格昂貴

編程難度大

特定應(yīng)用的優(yōu)化

SoC 型網(wǎng)卡 + CPU

性價比較好

可編程處理器

最高靈活性

最簡單的可編程性

不同的實現(xiàn)方式在成本、編程的難易程度和靈活性方面各有利弊。ASIC 的成本效益最高，性價比有可能最佳，但靈活性有限。NVIDIA ConnectX-5 等 ASIC 型網(wǎng)卡有一個可編程的數(shù)據(jù)路徑，配置起來相對簡單。然而，其功能是由 ASIC 內(nèi)定義的功能所決定的，這可能導(dǎo)致某些應(yīng)用無法得到支持。

相比之下，NVIDIA Innova-2 Flex 等 FPGA 型網(wǎng)卡具有高度可編程性。只要有足夠的時間和精力，在 FPGA 可用資源的限制范圍內(nèi)，它可以相對有效地支持幾乎任何功能。但眾所周知，F(xiàn)PGA 編程難，價格高。

對于更復(fù)雜的用例，如 NVIDIA BlueField DPU 可編程智能網(wǎng)卡 一類的 SoC 型智能網(wǎng)卡似乎是最好的 DPU 智能網(wǎng)卡實現(xiàn)選項：具有良好的性價比、易于編程且靈活性高。

單一討論特定供應(yīng)商如何實現(xiàn) DPU 智能網(wǎng)卡，并不能回答其功能問題和架構(gòu)設(shè)計的問題。NVIDIA 實際上提供基于上述每一種架構(gòu)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都可以歸類為 DPU 智能網(wǎng)卡。事實上，客戶可以根據(jù)需求，將這些產(chǎn)品分別用于不同的應(yīng)用。因此，對 ASIC、FPGA、SoC 等實現(xiàn)選項的關(guān)注顛覆了“形式服從功能”的理念，而這種理念是最佳架構(gòu)的基礎(chǔ)。

筆者并沒有把重點放在架構(gòu)設(shè)計上，而是調(diào)整了《個人電腦雜志》百科全書條目，對什么是 DPU 智能網(wǎng)卡，給出了一個更實用的定義：

DPU 智能網(wǎng)卡：

DPU 型網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)絡(luò)適配器）可以卸載通常由系統(tǒng) CPU 所負(fù)責(zé)處理的任務(wù)。DPU 智能網(wǎng)卡使用其板載的處理器，來執(zhí)行任何加密/解密、防火墻、TCP/IP 和 HTTP 網(wǎng)絡(luò)處理不同任務(wù)的組合。智能網(wǎng)卡非常適合于高流量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

定義中有兩點需注意：第一點，它更專注于功能而非架構(gòu)設(shè)計；第二點，定義中以“……使用其板載處理器……來執(zhí)行任何……網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù)組合”這一敘述中的暗示。由此可見，嵌入式處理器是實現(xiàn)靈活執(zhí)行絕大部分網(wǎng)絡(luò)功能的關(guān)鍵。

用戶可以進(jìn)一步拓展這一定義為“只需添加 DPU 智能網(wǎng)卡，就有可能執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)、存儲或 GPU 虛擬化”。除網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器外，智能網(wǎng)卡也同樣適用于電信、安全、機器學(xué)習(xí)、軟件定義存儲和超融合基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)器。

網(wǎng)卡類別

我們可以通過網(wǎng)絡(luò)適配器所支持的功能，以及用于加速的不同應(yīng)用來區(qū)分三類網(wǎng)卡：

基礎(chǔ)網(wǎng)卡

智能網(wǎng)卡

智慧網(wǎng)卡

NVIDIA BlueField DPU 從智能網(wǎng)卡中脫穎而出成為了新興類別。

基礎(chǔ)網(wǎng)卡只能移動網(wǎng)絡(luò)流量，并且除了可能的 SRIOV 和基本的 TCP 加速外，具有很少，甚至沒有卸載功能。它不能節(jié)省任何 CPU 周期，也不能卸載數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)或數(shù)據(jù)流的處理。NVIDIA 已不再出售基礎(chǔ)網(wǎng)卡。

NVIDIA ConnectX 適配器系列具有可編程數(shù)據(jù)路徑，并且可以加速公有云用例中十分重要的多個功能。因此，此類網(wǎng)卡可定義為智慧網(wǎng)卡（iNIC）。如今，與公有云提供商一樣，可能本地企業(yè)、電信公司和私有云也需要這種可編程性和加速功能。它還可以被稱為首字母不帶大寫“S”的高級智能網(wǎng)卡（smarterNIC）。

許多客戶需要 DPU 智能網(wǎng)卡功能，而往往卻只能找到其他供應(yīng)商提供的 FPGA 型網(wǎng)卡，或者是 FPGA 加上有自定義能力的專有處理引擎而組成的網(wǎng)卡。但是，當(dāng)客戶需要一款最符合他們的特殊處理流程的網(wǎng)卡時，客戶通常會最終選擇 ConnectX 系列 iNIC，因為 ConnectX 能實現(xiàn)特定應(yīng)用所需要的功能，亦能夠提供這些供應(yīng)商號稱的“智能網(wǎng)卡”所具備的功能，性能和靈活性，而功耗和成本卻遠(yuǎn)低于這些智能網(wǎng)卡。

因此，根據(jù)部分其他業(yè)界內(nèi)所使用的智能網(wǎng)卡定義，NVIDIA的 ConnectX NIC 確實是他們定義的“智能網(wǎng)卡”，雖然我們只把它稱為智慧網(wǎng)卡，或有高級智能的網(wǎng)卡。NVIDIA 的 FPGA 型網(wǎng)卡（Innova）也同樣是傳統(tǒng)意義上的智能網(wǎng)卡，而我們的 SoC 型網(wǎng)卡（BlueField）才是最智能的智能網(wǎng)卡，可以將它稱之為天才型的智能網(wǎng)卡（Genius NIC）。

到底什么才是智能網(wǎng)卡的完整定義？DPU 智能網(wǎng)卡是一個具有加速能力并可卸載服務(wù)器（或存儲服務(wù)器）的 CPU 功能的網(wǎng)絡(luò)適配器。那么，該如何建造一個 DPU 智能網(wǎng)卡？哪種智能網(wǎng)卡才可以最好地滿足客戶需要執(zhí)行的不同任務(wù)呢？要弄懂這些問題，必須深挖更多的細(xì)節(jié)。例如，搞清楚到底有哪些數(shù)據(jù)路徑以及虛擬化是可以被加速的，同時，這樣的加速是如何在 DPU 智能網(wǎng)卡上使用的。

編輯：jq