為什么現(xiàn)有網(wǎng)絡設施需要集成SmartNIC / DPU？

長期以來，CPU一直被視為計算處理設備的支柱，GPU則用于處理實時圖形。然而，近來備受矚目的是數(shù)據(jù)處理單元——DPU。 ?

SmartNIC/ DPU ?

自 20 世紀 80 年代末以來，網(wǎng)絡接口卡 (NIC) 取得了長足的發(fā)展。然而，盡管它們在當時是很先進的，但也僅限于兩臺計算機之間或本地網(wǎng)絡上的簡單連接。 ?

SmartNIC是可編程網(wǎng)卡，它涵蓋了常規(guī) NIC 之外的額外計算資源。SmartNIC的可編程資源可以由 Arm 內核、網(wǎng)絡處理單元（NPU）和其他可編程單元組成。 ?

很多人將 DPU 視為 SmartNIC發(fā)展的下一步。 ?

DPU 是可編程設備，可以通過硬件加速來協(xié)助數(shù)據(jù)處理。SmartNIC 則將服務器與網(wǎng)絡有效連接，其可編程組件配置有加速器，能夠高效處理數(shù)據(jù)，從而釋放服務器空間用于應用程序處理，但不適用于多任務處理。雖然 SmartNIC 在某種程度上可以完成 DPU 的工作，但兩者構成和功能并不相同。 ?

SmartNIC提供廣泛的數(shù)據(jù)存儲和可編程性，但它需要DPU提供更多的虛擬化能力。SmartNIC管理的數(shù)據(jù)有一定的上限，但當與DPU協(xié)同使用時，可以突破數(shù)據(jù)限制，從而創(chuàng)造出可靠的可編程技術，帶來更高的網(wǎng)絡處理能力。 ?

在很多情況下，SmartNIC和 DPU 的概念經(jīng)?；Q使用。 ?

據(jù)研究機構數(shù)據(jù)顯示，2019 年至 2022 年，國內外企業(yè)都申請了眾多涉及DPU和相關智能網(wǎng)卡的專利，其中英特爾排名第一，華為排名第二，谷歌排名第三。AMD、英偉達等芯片和處理器制造商已經(jīng)致力于開發(fā)和制造DPU。華碩、戴爾和超威已與使用英偉達DPU的系統(tǒng)集成。AWS 也是DPU的主要用戶。? ?

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為什么現(xiàn)有網(wǎng)絡設施需要集成SmartNIC / DPU？ ?

＞服務器負擔過重

摩爾定律的持續(xù)壓力每兩年就會推動半導體技術的小型化。量子隧道效應、損耗層尺寸的減小以及寄生電容的發(fā)展導致了服務器集成電路中的互連瓶頸。硬件尺寸的減小推動了服務器更快地擴展，并增加了CPU的總體成本。 ?

＞儲存及交付

預測顯示 2040 年將進入千兆字節(jié)時代，網(wǎng)絡基礎設施因存儲數(shù)據(jù)和按需提供數(shù)據(jù)而不堪重負。為了減輕服務器的負擔，SmartNIC / DPU基礎設施為數(shù)據(jù)中心提供了數(shù) GB 的額外存儲，從而釋放足夠的CPU 周期來執(zhí)行高價值的企業(yè)任務并存儲關鍵信息。 ?

＞電力消耗

不斷增加的服務器工作負載與電源管理所需的額外硬件和設備相關。這種硬件消耗額外的電力，增加了網(wǎng)絡基礎設施管理的成本。配電單元、備份和冷卻機制可以一定程度上幫助解決問題，但SmartNIC / DPU基礎設施直接不需要額外硬件的部署，總耗電量隨著核心數(shù)的減少而降低。 ?

＞防御攻擊

SmartNIC / DPU基礎設施能夠在硬件級執(zhí)行網(wǎng)絡安全功能，包括數(shù)據(jù)包包裝、散列、壓縮和解壓、加密和解密、密碼算法、防火墻以及DDoS 攻擊防御。SmartNIC / DPU可以在不干擾服務器的情況下處理安全操作并消除任何威脅。最新的 SmartNIC / DPU具有防火墻和先進的DDoS 攻擊防御機制，支持分布式安全系統(tǒng)。 ?

集成 SmartNIC / DPU基礎設施的要求 ?

SmartNIC / DPU 可以滿足對高性能、低延遲和安全數(shù)據(jù)傳輸日益增長的需求。但SmartNIC / DPU的實施需要可靠的網(wǎng)絡基礎設施。以下是集成 SmartNIC / DPU基礎設施的一些重要要求。 ?

＞高連接性

普通網(wǎng)卡通常用于低帶寬且速度在10 Gbps的網(wǎng)絡基礎設施中。SmartNIC / DPU基礎設施更適合支持大帶寬、處理高網(wǎng)絡流量、網(wǎng)速超過100 Gbps的大型企業(yè)，通過多個網(wǎng)絡層進行套接字加速，以卸載和節(jié)省服務器周期，用于特定于應用的高價值任務。 ?

＞超低延遲

SmartNIC / DPU的實施在有線基礎設施中表現(xiàn)最佳，需要執(zhí)行高速計算的網(wǎng)絡使用 InfiniBand SmartNIC / DPU基礎設施。在此類網(wǎng)絡中，遠程直接內存訪問 ( RDMA ) 允許直接訪問另一臺計算機的內存，在不涉及內核的情況下提供超低延遲。 ?

傳統(tǒng)基礎設施更適用于以太網(wǎng)，并且在實施SmartNIC / DPU時面臨著復雜性。基于融合以太網(wǎng)的 RDMA 支持基于以太網(wǎng)的 SmartNIC / DPU基礎設施，提供低延遲和更高的吞吐量。 ?

＞復雜的網(wǎng)絡架構

SmartNIC / DPU適用于企業(yè)和大型云提供商的client-server模型的服務器端。軟件定義網(wǎng)絡 (SDN)、網(wǎng)絡功能虛擬化 (NVF)、高速計算和復雜基礎設施等網(wǎng)絡架構為 SmartNIC / DPU實現(xiàn)硬件加速提供了條件。 ?

來自電信、SaaS、電子商務和流媒體平臺等行業(yè)的分布式云計算公司部署了成百上千個智能網(wǎng)卡進行加速。這些大型組織擁有提供微服務和處理大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡架構。 ?

＞網(wǎng)絡交換機兼容性

一個網(wǎng)絡可以使用多種類型的網(wǎng)絡交換機。SmartNIC / DPU與網(wǎng)絡中的現(xiàn)有硬件（如交換機、操作系統(tǒng)）的兼容性和可配置性至關重要。 ?

某些 SmartNIC / DPU可能與網(wǎng)絡基礎設施不兼容，需要為現(xiàn)有網(wǎng)絡交換機選擇兼容的 SmartNIC / DPU，包括接口、協(xié)議、可編程性、配置和用例。 ?

＞SDN集成

大型企業(yè)往往使用 SDN 在全球多個工作場所連接、管理和加速其工作流程。在此類網(wǎng)絡中集成 SmartNIC / DPU基礎設施可以減輕 SDN 集中控制器任務，從而有效管理網(wǎng)絡。 ?

由于 SmartNIC / DPU是可編程的，因此它們可以加速 SDN 中路由器和交換機的數(shù)據(jù)平面和特定應用的任務，包括流量轉發(fā)、數(shù)據(jù)包過濾、加密和解密、防火墻等。 ?

＞NFV功能 SmartNIC / DPU還用于采用 NFV 的網(wǎng)絡中。由于多個虛擬機運行在共享物理基礎設施中，從而消除了對專用硬件的需求，因此NFV 網(wǎng)絡需要實施 SmartNIC / DPU基礎設施。 ?

這類似于在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中部署虛擬微服務器，每個網(wǎng)絡都有自己的資源。NVF 加速的例子包括虛擬可擴展 LAN、微分段和負載平衡。 ?

在網(wǎng)絡基礎設施中實施 SmartNIC / DPU后，網(wǎng)絡團隊可以將重點轉向管理 SmartNIC / DPU。SmartNIC / DPU基礎設施部署后的定期質量檢查是智能持續(xù)加速的關鍵。SmartNIC / DPU可以對網(wǎng)絡、存儲和安全功能本身進行定期審查。有效的網(wǎng)絡管理可通過監(jiān)控軟件和關鍵指標確保 SmartNIC / DPU的無縫性能。 ?

監(jiān)控工具不斷收集和分析數(shù)據(jù)，例如延遲、速度、吞吐量和丟包。一旦工具或 SmartNIC / DPU檢測到錯誤，就必須自動排除故障以獲得解決方案。除了故障排除，網(wǎng)絡管理還確保 SmartNIC / DPU基礎設施的定期更新，以滿足最新的技術需求。此外，網(wǎng)絡編排平臺還可以自動配置 SmartNIC / DPU以符合當前的安全操作法規(guī)和標準。 ?

小? 結 ?

將SmartNIC / DPU與現(xiàn)有網(wǎng)絡設施集成，是確保其成功應用于實際生產(chǎn)環(huán)境的關鍵。這種無縫融合可以提高整體性能和效率，降低主機處理器負載，并支持網(wǎng)絡虛擬化，為企業(yè)帶來更大的靈活性和可管理性。同時，SmartNIC / DPU的高級網(wǎng)絡功能也能夠增強網(wǎng)絡的安全性，保護企業(yè)的數(shù)據(jù)和資產(chǎn)。 ?

隨著技術的不斷進步和需求的不斷變化，SmartNIC / DPU將繼續(xù)發(fā)揮著關鍵作用，為網(wǎng)絡性能的持續(xù)優(yōu)化和應用程序處理的提升做出貢獻。我們可以預見，未來網(wǎng)絡將更加智能、高效，并為企業(yè)帶來更多創(chuàng)新的可能性。 ?





審核編輯：劉清