使用 Microsoft Azure Stack HCI 和 NVIDIA BlueField DPU 加速企業(yè)應(yīng)用程序

隨著企業(yè)不斷將工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到云端，一些應(yīng)用程序需要留在本地，從而最大限度地提高延時性能，并滿足安全性、數(shù)據(jù)獨(dú)立性和合規(guī)性策略。Microsoft Azure Stack HCI 是作為 Azure 服務(wù)提供的超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（HCI）堆棧。Azure Stack HCI 提供內(nèi)置的安全性和可管理性，非常適合在核心和邊緣數(shù)據(jù)中心運(yùn)行生產(chǎn)工作負(fù)載和云原生應(yīng)用程序。

NVIDIA BlueField DPU（數(shù)據(jù)處理器）是一個加速的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施平臺，可釋放應(yīng)用程序性能和系統(tǒng)效率。NVIDIA BlueField DPU 幫助有上云意識的企業(yè)克服現(xiàn)代 IT 環(huán)境中的性能和可擴(kuò)展性瓶頸。這是通過卸載、加速和隔離軟件定義的基礎(chǔ)設(shè)施工作負(fù)載來實現(xiàn)的。

微軟展示了在 NVIDIA BlueField-2 DPU 上加速的 Azure Stack HCI 平臺原型，標(biāo)志著性能和生產(chǎn)力的重大飛躍，可提升 12 倍的 CPU 資源效率和 60% 的吞吐量。DPU 加速的 HCI 平臺只需更少的服務(wù)器、更低的能耗和更少的空間即可運(yùn)行指定的工作負(fù)載，從而顯著節(jié)省了總體擁有成本（TCO）。

性能與效率提升

Azure Stack HCI 是一個軟件定義的平臺，它運(yùn)行 Azure 網(wǎng)絡(luò)堆棧，用于將虛擬機(jī)（VM）和容器連接在一起。軟件定義的網(wǎng)絡(luò)提供了豐富的功能和極大的靈活性，使企業(yè)能夠輕松地從單個本地數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展到混合云和多云環(huán)境。

盡管軟件定義的網(wǎng)絡(luò)有許多好處，但它們僅在 CPU 上運(yùn)行就會受到資源限制。它們以竊取原本用于運(yùn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的昂貴 CPU 核心而聞名，從而降低性能和可擴(kuò)展性。此外，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)與硬件加速網(wǎng)絡(luò)（即 SR-IOV）長期存在沖突。這迫使云架構(gòu)師必將一個優(yōu)先于另一個，通常以應(yīng)用程序性能較差或 TCO 較高為代價。

NVIDIA BlueField DPU 旨在提供兩全其美：SDN 的功能性和靈活性以及硬件加速網(wǎng)絡(luò)（SR-IOV）的性能和效率。NVIDIA BlueField DPU 將整個 SDN 工作負(fù)載從主機(jī) CPU 上卸下，為業(yè)務(wù)線應(yīng)用程序釋放 CPU 核心，從而節(jié)省了大量 TCO 。

在 NVIDIA BlueField DPU Arm 處理器中運(yùn)行的SDN 管道被映射到 NVIDIA BlueField DPU 加速可編程管道，以提高吞吐量和數(shù)據(jù)包處理性能并減少延時。通過在 NVIDIA BlueField-2 DPU 上卸載和加速 Azure Stack HCI SDN 功能，Microsoft 團(tuán)隊能夠?qū)崿F(xiàn)巨大的性能和效率提升（圖 1）。

圖 1. 在 NVIDIA BlueField-2 DPU 上加速 Azure Stack HCI 可提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量（左）和節(jié)省 CPU 核心（右）

測試結(jié)果表明，NVIDIA BlueField-2 DPU 以 96 Gb/s 的速度提供線速速率、軟件定義的網(wǎng)絡(luò)，CPU 使用率幾乎為零，而在使用 8 個 CPU 核心時僅為 60 Gb/s。這 8 個核心現(xiàn)在可以騰出來運(yùn)行業(yè)務(wù)工作負(fù)載，網(wǎng)絡(luò)速度提高 60%。

因為 x86 CPU 無法達(dá)到 100Gb/s 的測試，為了保證相同的對比條件，我們根據(jù)條件推測出支持 96 Gb/s 所需的 CPU 核心數(shù)量。圖 1 顯示，支持 96 Gb/s 需要 12 個 CPU 核心，這意味著 NVIDIA BlueField-2 DPU 節(jié)省了 12 個 CPU 核心以支持相同的吞吐量。

這種節(jié)省使企業(yè)能夠設(shè)計、部署和操作更少的服務(wù)器，以提供相同的業(yè)務(wù)成果，或者基于相同數(shù)量的服務(wù)器實現(xiàn)更好的成果。

從功能角度來看，Microsoft Azure Stack HCI 平臺支持廣泛的 SDN 策略：VXLAN 網(wǎng)絡(luò)封裝和解封裝（encap / decap）、訪問控制列表（ACL）、服務(wù)質(zhì)量（QoS）、IP-in-IP 封裝、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）、IPsec 加密/解密等。VM 的加速網(wǎng)絡(luò)（SR-IOV）的傳統(tǒng)配置將需要繞過這組豐富的策略，以實現(xiàn)更高的性能。

Azure Stack HCI 解決方案原型現(xiàn)已在 NVIDIA BlueField DPU 上卸載并加速，可在不犧牲性能和效率的情況下同時提供高級 SDN 策略。

總結(jié)

在將工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到云的同時，企業(yè)繼續(xù)優(yōu)先考慮本地和邊緣數(shù)據(jù)中心，以滿足嚴(yán)格的性能和安全要求。包括機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能在內(nèi)的下一代應(yīng)用越來越依賴于加速網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)其全部潛力。NVIDIA BlueField DPU 原型上的 Microsoft Azure Stack HCI 為各種規(guī)模的企業(yè)提供了混合云和加速網(wǎng)絡(luò)的承諾。

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