浪潮王昭峰：智能網(wǎng)卡選擇FPGA+CPU架構(gòu)

9月25日消息（南山）隨著應(yīng)用性能高要求和虛擬交換機(jī)性能限制的矛盾日益突出，使用智能網(wǎng)卡來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)網(wǎng)卡，成為ICT行業(yè)的研究熱點(diǎn)。浪潮作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的服務(wù)器供應(yīng)商，其對(duì)智能網(wǎng)卡的研究和應(yīng)用值得業(yè)界關(guān)注。在今日舉辦的“2021中國(guó)智能網(wǎng)卡研討會(huì)”上，浪潮數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)總監(jiān)王昭峰介紹該公司智能網(wǎng)卡產(chǎn)品的創(chuàng)新和實(shí)踐。

王昭峰首先判斷，云計(jì)算的兩大特性是虛擬化和資源池化，智能網(wǎng)卡則加速了基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化和資源池化。隨著數(shù)據(jù)中心內(nèi)部數(shù)據(jù)和帶寬的爆炸式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)虛擬化以及數(shù)據(jù)處理的方式遇到了一系列問(wèn)題。智能網(wǎng)卡的出現(xiàn)，將網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)以及安全任務(wù)從CPU卸載到了硬件進(jìn)行加速，解決了在大帶寬場(chǎng)景下CPU的消耗以及延遲和抖動(dòng)等問(wèn)題。

目前，市場(chǎng)上主流的智能網(wǎng)卡硬件形式主要有四種，NP架構(gòu)、通用ASIC架構(gòu)(內(nèi)嵌ARM)、FPGA+SoC架構(gòu)、SoC和定制化ASIC架構(gòu)，產(chǎn)品形態(tài)包括單卡、雙卡、OCP卡。王昭峰認(rèn)為，幾種架構(gòu)沒(méi)有優(yōu)劣勢(shì)區(qū)分，差異在于性能可編程、功耗和成本之間的平衡，客戶基于這幾個(gè)方面的需求做選擇。

浪潮在智能網(wǎng)卡解決方案上選擇了FPGA+CPU架構(gòu)。“為什么選擇這個(gè)方案？一是高性能，F(xiàn)PGA提供了接近ASIC的處理能力。二是軟硬件全可編程，產(chǎn)品設(shè)計(jì)更靈活，更能滿足客戶業(yè)務(wù)的實(shí)際演進(jìn)。”王昭峰表示，浪潮將IO設(shè)備硬件虛擬化，在網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全方面做到了硬件加速卸載，客戶也可以基于智能網(wǎng)卡逐步去做管理平面卸載。

王昭峰說(shuō)，虛擬設(shè)備硬件化帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)如何管理虛擬化設(shè)備，二是熱遷移。

浪潮一是SR-IOV引入了兩種PCIe的Function，即PF和VF，通常對(duì)應(yīng)著裸金屬和虛擬機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景。在虛擬機(jī)場(chǎng)景下，VF的配置和管理由VMM完成，Guest OS需要支持VF的動(dòng)態(tài)熱插拔；在裸金屬場(chǎng)景下，PF的配置和管理由網(wǎng)卡SoC上管理程序負(fù)責(zé)，Host OS需要支持PF的動(dòng)態(tài)熱插拔。

二是基于VDPA的熱遷移方案優(yōu)化，在感知硬件設(shè)備狀態(tài)上，VDPA控制和數(shù)據(jù)平面分離，在監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)同時(shí)，提升轉(zhuǎn)發(fā)性能。在遷移過(guò)程中跟蹤臟頁(yè)，采用網(wǎng)卡硬件監(jiān)控DMA頁(yè)的跟蹤，避免Host軟件處理引發(fā)遷移過(guò)程中的性能下降。

王昭峰還談到了智能網(wǎng)卡與服務(wù)器的適配。智能網(wǎng)卡是大server的“小server”，擁有一套小系統(tǒng)，如何管理適配，體現(xiàn)在四個(gè)方面：供電、監(jiān)控、管理、測(cè)試。

供電方面，小于75W的智能網(wǎng)卡，采用金手指方式供電；大于75W的智能網(wǎng)卡，采用金手指+外接電源的方式供電。

監(jiān)控方面，智能網(wǎng)卡是個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的小系統(tǒng)，需要像管理服務(wù)器一樣，監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)卡的硬件狀態(tài)，記錄異常日志、診斷分析故障、以及遠(yuǎn)程固件升級(jí)等。浪潮采用獨(dú)立的BMC監(jiān)管設(shè)計(jì)，既可以解決監(jiān)控管理需求，又可以避免服務(wù)器側(cè)的軟硬件修改。

管理方面，智能網(wǎng)卡和服務(wù)器的管理拓?fù)浞譃閮煞N：內(nèi)部互聯(lián)和外部互聯(lián)。內(nèi)部互聯(lián)，通過(guò)UART、金手指的I2C以及NCSI，Host BMC與網(wǎng)卡BMC互聯(lián)，兩者為主從關(guān)系；外部互聯(lián)，通過(guò)網(wǎng)卡和服務(wù)器的網(wǎng)口互聯(lián)，Host BMC與網(wǎng)卡BMC相互獨(dú)立，分開(kāi)管理。

測(cè)試方面，浪潮開(kāi)發(fā)服務(wù)器時(shí)會(huì)引入多品牌智能網(wǎng)卡，因此總結(jié)了一套完善的硬件功能測(cè)試和軟件功能測(cè)試規(guī)范，包括基本功能、卸載功能、自定義擴(kuò)展功能、應(yīng)用測(cè)試、兼容性測(cè)試等。

最后，在智能網(wǎng)卡的應(yīng)用實(shí)踐上，浪潮一方面是配合浪潮云探索虛擬機(jī)和裸金屬虛擬化方案，另一方面是在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用探索。王昭峰指出，帶寬增長(zhǎng)將在達(dá)到51.2T后逐步放緩，屆時(shí)網(wǎng)絡(luò)訴求會(huì)發(fā)生變化，從以帶寬為中心到以延時(shí)為中心。浪潮結(jié)合智能網(wǎng)卡以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)狀態(tài)可視收集實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心可視化方案，包含了業(yè)務(wù)流量、虛擬網(wǎng)絡(luò)以及物理網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)動(dòng)態(tài)感知調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

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