關(guān)于FPGA在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的意義分析介紹

不久前，英特爾聯(lián)手HPE（中文名：慧與）以及中國(guó)電信北京研究院一起發(fā)布了技術(shù)白皮書(shū)：《為下一代電信基礎(chǔ)設(shè)施尋找有效的虛擬網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)》，英文全名為：Finding an efficient virtual network function architecture for next-generation telecommunications infrastructure（見(jiàn)下圖），在系統(tǒng)層面詳細(xì)闡述了三家公司在推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）領(lǐng)域所作的最新的工作和取得的成果。此外，今年在上海舉辦的世界移動(dòng)大會(huì)（Mobile World Congress)上，這個(gè)項(xiàng)目的原型驗(yàn)證也在HPE的展臺(tái)進(jìn)行了公開(kāi)演示。同時(shí)，項(xiàng)目的下一階段也將順利開(kāi)展。

作為這個(gè)項(xiàng)目的主要參與者之一，看到這些階段性的成果不斷涌現(xiàn)時(shí)，本人自然感到成就感十足，同時(shí)也在參與項(xiàng)目的過(guò)程中學(xué)到了很多知識(shí)，結(jié)交了很多來(lái)自英特爾其他業(yè)務(wù)部門(mén)、以及HPE和中國(guó)電信的同事、同行和朋友們。今天的這篇文章，本人將對(duì)這部白皮書(shū)進(jìn)行技術(shù)層面的解讀，將著重討論FPGA在諸如NFV等虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的作用和意義。

附上一張五月份去中國(guó)電信北京研究院的照片。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的意義

NFV和虛擬化技術(shù)是近幾年很火爆的話題，深入探討NFV的意義大概需要幾十篇博客，市面上近幾年也慢慢出現(xiàn)了不少書(shū)籍單獨(dú)介紹NFV的相關(guān)內(nèi)容?；蛟S之后我會(huì)單獨(dú)寫(xiě)幾篇文章討論廣義上什么是NFV、NFV出現(xiàn)的背景和存在的意義。但本文以及白皮書(shū)中針對(duì)的是NFV在電信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

電信網(wǎng)絡(luò)是NFV的一個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景，它出現(xiàn)的最直接的動(dòng)因之一就是為了支持指數(shù)級(jí)的帶寬增長(zhǎng)。據(jù)預(yù)測(cè)，五年后全球的IP流量將較今日增長(zhǎng)超過(guò)3倍。在萬(wàn)物互聯(lián)的今天，尤其是5G、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛等技術(shù)已經(jīng)成為各大公司爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)之時(shí)，各種設(shè)備和服務(wù)都需要電信網(wǎng)絡(luò)及其數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理和支持。然而，傳統(tǒng)的電信基礎(chǔ)架構(gòu)和數(shù)據(jù)中心很難進(jìn)行有效的擴(kuò)展，其主要原因有以下兩點(diǎn)：

硬件層面：傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)使用的是各類(lèi)專(zhuān)用硬件設(shè)備，如各類(lèi)接入設(shè)備、各層交換機(jī)、路由器、防火墻、QoS等。這樣做的問(wèn)題有很多，例如，不同設(shè)備之間的兼容性差、維護(hù)升級(jí)困難、容易造成供應(yīng)商壟斷從而大幅提高成本、若需要加入新功能則要開(kāi)發(fā)新硬件設(shè)備等等。

軟件層面：不同設(shè)備都需要各自對(duì)應(yīng)的軟件進(jìn)行配置和控制，從而難以在管理員層面進(jìn)行大范圍統(tǒng)一部署和配置，且需要學(xué)習(xí)來(lái)自不同供應(yīng)商和規(guī)格的設(shè)備的軟件配置方法。若某些網(wǎng)絡(luò)功能通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法中對(duì)服務(wù)器的有效利用率很低，且無(wú)法進(jìn)行服務(wù)的動(dòng)態(tài)遷移，等等。

因此，虛擬化技術(shù) - 更具體而言，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV技術(shù)，逐漸成為各大運(yùn)營(yíng)商解決上述問(wèn)題的有效途徑。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）關(guān)于NFV比較有名的示意圖如下所示。

總體而言，和傳統(tǒng)方法相比，NFV利用通用的服務(wù)器（大多是基于英特爾x86處理器）、通用的存儲(chǔ)設(shè)備、以及通用的高速以太網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的各種網(wǎng)絡(luò)功能。具體而言，就是將網(wǎng)絡(luò)功能在通用服務(wù)器中用軟件實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)使用通用的存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)流量通過(guò)通用的網(wǎng)卡和高速交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這樣理論上能很好的解決上述硬件層面的問(wèn)題：使用通用設(shè)備而非專(zhuān)用設(shè)備，提高了數(shù)據(jù)中心的可擴(kuò)展能力，不會(huì)被某個(gè)供應(yīng)商制約，反而會(huì)通過(guò)開(kāi)放競(jìng)爭(zhēng)減少硬件采購(gòu)和部署的成本。

另外，借助虛擬化技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)功能在不同虛擬機(jī)中實(shí)現(xiàn)，這樣理論上能解決軟件層面的問(wèn)題：即某個(gè)特定應(yīng)用不會(huì)占用服務(wù)器的全部資源，反之，一個(gè)服務(wù)器可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。同時(shí)，虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)展和遷移也更加方便，不會(huì)造成服務(wù)下線或中斷。

NFV和另外一項(xiàng)技術(shù)：軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network - SDN）經(jīng)常一起出現(xiàn)。它們的一個(gè)主要的核心思想就是將網(wǎng)絡(luò)的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面進(jìn)行分離。這樣，所有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備都可以同時(shí)被控制、配置、管理，從而避免了管理員需要分別配置每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的低效情形。

引用一下《中國(guó)電信CTNet2025網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)白皮書(shū)》的話：

“從更好的適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的角度出發(fā)，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須要求網(wǎng)絡(luò)能力接口的開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)面向業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)資源和能力的調(diào)度和定制化，同時(shí)為進(jìn)一步加速網(wǎng)絡(luò)能力的平臺(tái)化，還需要提供網(wǎng)絡(luò)可編程的能力，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的深度開(kāi)放?！?/p>

請(qǐng)注意，在之前的表述中我使用了很多“理論上”怎樣怎樣，這是由于上面關(guān)于NFV的優(yōu)點(diǎn)很多都是人們美好的想象和愿景。在實(shí)際的工程實(shí)踐中，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)有效的NFV架構(gòu)面臨著很多問(wèn)題。例如，不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的種類(lèi)五花八門(mén)，而很多應(yīng)用都需要進(jìn)行線速的處理，如QoS和流量整形（之前的博文介紹過(guò)）、VPN、防火墻、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、加密解密、實(shí)時(shí)監(jiān)控、深度包檢測(cè)（DPI）等等。即使有DPDK等專(zhuān)用的軟件開(kāi)發(fā)庫(kù)，目前單純使用軟件實(shí)現(xiàn)這些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的線速處理，在技術(shù)上存在很大困難，且用軟件實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能在性能上很難和專(zhuān)有硬件相比。這樣一來(lái)，人們會(huì)反過(guò)來(lái)質(zhì)疑使用NFV的出發(fā)點(diǎn)和動(dòng)機(jī)。同時(shí)，鑒于NFV仍處于方案探討和摸索階段，很多相關(guān)的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有確定，這也在一定程度上使很多企業(yè)猶豫是否要投入大量資源去進(jìn)行前期的探究工作。

因此，如何有效的實(shí)現(xiàn)這些虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能（Virtualized Network Function - VNF）,是我們前階段的主要工作和這篇白皮書(shū)主要探討的問(wèn)題。

虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）的有效實(shí)現(xiàn)

在這里，實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的“有效性”主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.VNF必須非常靈活、便于使用；

2.容易大規(guī)模擴(kuò)展，不局限于某種應(yīng)用場(chǎng)景或網(wǎng)絡(luò)；

3.性能方面應(yīng)該不低于，甚至高于專(zhuān)用硬件。

介于此，白皮書(shū)中給出了幾個(gè)有潛力的發(fā)展方向以供參考：

1.控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面的分離和獨(dú)立擴(kuò)展。

2.設(shè)計(jì)并優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化擁有可編程能力的轉(zhuǎn)發(fā)面。

在電信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景中，NFV的一個(gè)典型應(yīng)用就是虛擬化的寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)vBRAS，即virtual broadband remote access server，又被稱(chēng)為vBNG，即virtual broadband network gateway。在vBRAS中可能包含很多虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，例如遠(yuǎn)程用戶(hù)撥入驗(yàn)證服務(wù)（Remote Authentication Dial-In User Service, RADIUS）、動(dòng)態(tài)主機(jī)設(shè)置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP），以及之前提過(guò)的DPI、防火墻、QoS等。

一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)是，這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用從計(jì)算資源的需求上可以分成兩類(lèi)。一類(lèi)不需要大量的計(jì)算資源，如RADIUS和DHCP。同時(shí)這類(lèi)應(yīng)用很多屬于控制平面。因此這類(lèi)應(yīng)用很適合直接放在控制平面，并且有很好的縱向和橫向的擴(kuò)展性，也很適合用通用的計(jì)算和存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

另一類(lèi)應(yīng)用往往需要很大的計(jì)算能力，如流量管理、路由轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)包處理等，且通常需要在線速下（如40Gbps、100Gbps或更高）進(jìn)行處理。這類(lèi)應(yīng)用往往屬于數(shù)據(jù)平面。對(duì)于數(shù)據(jù)平面而言，它還需要支持很多種計(jì)算量很大的網(wǎng)絡(luò)功能，這樣才能區(qū)別于使用專(zhuān)有硬件，符合NFV技術(shù)的初衷。綜上而言，數(shù)據(jù)平面應(yīng)該具備以下兩點(diǎn)主要能力“

1.能線速進(jìn)行高吞吐量的復(fù)雜數(shù)據(jù)包處理；

2.同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)功能，具有很強(qiáng)的可編程能力。

然而，如果直接使用軟件方法實(shí)現(xiàn)，這兩點(diǎn)功能很難同時(shí)滿(mǎn)足。因此我們采用了FPGA作為智能硬件加速平臺(tái)，很好的同時(shí)解決了處理速度和可編程性?xún)蓚€(gè)問(wèn)題。首先，F(xiàn)PGA相比純軟件方法，在數(shù)據(jù)包處理上擁有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的硬件并行性能，因此被用作硬件加速器使用。其次，相比于傳統(tǒng)的專(zhuān)有硬件設(shè)備，F(xiàn)PGA擁有靈活的可編程能力，可以支持各種應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。

虛擬寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)：從BRAS到vBRAS的演進(jìn)

圖1：vBRAS的演化

上圖為我們展示了傳統(tǒng)BRAS逐步演進(jìn)到vBRAS的三個(gè)主要過(guò)程：

1.第一階段，傳統(tǒng)的BRAS使用專(zhuān)用設(shè)備，且控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面緊耦合。圖中可以看到控制路徑和數(shù)據(jù)路徑是相互重合的。

2.第二階段，采用了虛擬化技術(shù)，且采用了服務(wù)器取代了專(zhuān)用BRAS設(shè)備，使用軟件和虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)多個(gè)vBRAS。但同時(shí)也可以看到，此時(shí)控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面還是相互耦合實(shí)現(xiàn)。由于兩者性能差別很大，這種實(shí)現(xiàn)方式很容易造成數(shù)據(jù)通路的性能瓶頸，或因數(shù)據(jù)通路流量過(guò)大而占用了控制面的帶寬。反之，控制面的流量會(huì)影響數(shù)據(jù)面的線速包處理的能力。

3.第三階段，采用虛擬化技術(shù)，且控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面相互分離。從圖中可以看到，控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面由兩個(gè)服務(wù)器分開(kāi)實(shí)現(xiàn)，控制流量和轉(zhuǎn)發(fā)流量相互不影響。此外，控制流量能在數(shù)據(jù)/轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和控制服務(wù)器之間雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)控制面對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)面的控制。

這第三個(gè)階段就是目前英特爾、HPE和中國(guó)電信北研院聯(lián)合研發(fā)的最新成果。接下來(lái)就詳細(xì)講解其技術(shù)細(xì)節(jié)。

高性能vBRAS的設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上述第三階段中高性能的vBRAS方案，需要分別實(shí)現(xiàn)vBRAS-c (control) 和vBRAS-d (data)，即vBRAS控制設(shè)備和vBRAS數(shù)據(jù)設(shè)備。這兩類(lèi)設(shè)備都應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)化的通用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。此外，對(duì)于vBRAS數(shù)據(jù)設(shè)備而言，需要針對(duì)計(jì)算量龐大的應(yīng)用進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的優(yōu)化和加速，使其能進(jìn)行高吞吐量、低延時(shí)的數(shù)據(jù)包處理。

下圖展示了本應(yīng)用實(shí)例中，vBRAS-c和vBRAS-d的設(shè)計(jì)方法。

圖2：vBRAS的轉(zhuǎn)控分離架構(gòu)

對(duì)于vBRAS-c節(jié)點(diǎn)，其重要的設(shè)計(jì)思想就是輕量化和虛擬化，使其方便在數(shù)據(jù)中心或云端進(jìn)行擴(kuò)展和移植，同時(shí)可以分布式實(shí)現(xiàn)，以控制多個(gè)數(shù)據(jù)平面節(jié)點(diǎn)。因此在本例中，vBRAS-c由一個(gè)獨(dú)立的HPE DL380服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。DL380服務(wù)器中包含兩個(gè)CPU插槽（socket），每個(gè)插槽中均有一塊14核的Xeon處理器。服務(wù)器的總內(nèi)存為128GB。網(wǎng)絡(luò)接口方面，vBRAS-c可以使用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)卡進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，比如一塊或多塊英特爾X710 10GbE網(wǎng)卡即可滿(mǎn)足控制平面的流量要求。具體的vBRAS控制應(yīng)用則在虛擬機(jī)中實(shí)現(xiàn)，多個(gè)虛擬機(jī)由SDN控制器統(tǒng)一控制。

對(duì)于vBRAS-d節(jié)點(diǎn)，總體也通過(guò)獨(dú)立的DL380實(shí)現(xiàn)。針對(duì)上文提到的優(yōu)化加速的部分，本實(shí)例中使用了基于Arria10 FPGA的智能網(wǎng)卡加速網(wǎng)絡(luò)功能，如線速處理QoS和多級(jí)流量整形。在一個(gè)DL380中，可以插入多塊FPGA智能網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)處理，成倍提高數(shù)據(jù)吞吐量。同時(shí)，vBRAS-d節(jié)點(diǎn)通過(guò)OpenFlow與SDN控制器交互，且一臺(tái)vBRAS-c設(shè)備可以控制多個(gè)vBRAS-d設(shè)備。

基于Arria10 FPGA的智能網(wǎng)卡解析

使用FPGA智能網(wǎng)卡進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)加速的好處有以下幾點(diǎn)：

1.解放了寶貴的CPU內(nèi)核，將原本在CPU中實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理卸載到FPGA上進(jìn)行加速實(shí)現(xiàn)。這樣CPU可以用來(lái)做其他的工作，在虛擬化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了資源的有效利用。

2.FPGA擁有低功耗、靈活可編程的特點(diǎn)。在白皮書(shū)中提到，在選用的Arria10 GT1150 器件上實(shí)現(xiàn)了硬件QoS和多級(jí)流量整形后，只占用了FPGA的40%的邏輯資源。換言之，還有60%的資源可以被用來(lái)進(jìn)行其他的網(wǎng)絡(luò)功能處理和加速。同時(shí)，可以隨時(shí)對(duì)FPGA進(jìn)行編程，因此多種網(wǎng)絡(luò)功能的加速都可以用一套硬件設(shè)備完成，不需要更換加速卡或其他硬件設(shè)備。即使是用戶(hù)自己定義的功能，也可以實(shí)現(xiàn)，不需要專(zhuān)有設(shè)備完成。這樣很好的平衡了高性能和高通用性?xún)烧唛g的矛盾。

3.FPGA能進(jìn)行高速并行的數(shù)據(jù)包處理，且本身就廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，解決方案豐富且成熟。

下圖概括介紹了本實(shí)例中在FPGA中實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)通路設(shè)計(jì)。

圖3：FPGA數(shù)據(jù)包處理的數(shù)據(jù)通路

由圖中可見(jiàn)，本設(shè)計(jì)包含多個(gè)模塊，如Parser、Look-Up、Buffer Manager、Packet Processor，以及內(nèi)存控制器和DMA等。數(shù)據(jù)包進(jìn)入FPGA后，依次通過(guò)各個(gè)模塊進(jìn)行特征提取、分類(lèi)、查找，如果需要就通過(guò)PCIe和DMA與CPU進(jìn)行交互。同時(shí)，Buffer Manager會(huì)對(duì)不同來(lái)源的數(shù)據(jù)包進(jìn)行流量控制、QoS和流量整形等操作。

此外，這款FPGA智能網(wǎng)卡支持多種包處理模式，即可以將數(shù)據(jù)包完全在FPGA內(nèi)部處理后轉(zhuǎn)發(fā)，不經(jīng)過(guò)CPU；也可以將數(shù)據(jù)包通過(guò)PCIe傳送到CPU，使用DPDK進(jìn)行包處理，再通過(guò)FPGA轉(zhuǎn)發(fā)；或者二者結(jié)合，一部分功能在CPU中實(shí)現(xiàn)，另外一部分卸載到FPGA上完成。可見(jiàn)靈活度很高。

性能測(cè)試

下圖展示了進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)的硬件搭建情況。

圖4：數(shù)據(jù)平面的服務(wù)器和FPGA架構(gòu)

圖中可見(jiàn)，一個(gè)DL380服務(wù)器上插了3塊相互獨(dú)立的FPGA智能網(wǎng)卡，每塊網(wǎng)卡支持40Gbps數(shù)據(jù)吞吐量，因此一個(gè)vBRAS-d服務(wù)器支持的總吞吐量為120Gbps。每塊網(wǎng)卡通過(guò)PCIex16接口與CPU相連，在CPU中運(yùn)行DPDK L2/L3 FWD應(yīng)用，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)回FPGA，然后在FPGA中進(jìn)行QoS和數(shù)據(jù)整形。在測(cè)試中，流量的產(chǎn)生和接收都通過(guò)Spirent測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于QoS，每個(gè)智能網(wǎng)卡可以支持4000用戶(hù)，故單服務(wù)器支持12000個(gè)用戶(hù)。每個(gè)用戶(hù)支持2個(gè)優(yōu)先級(jí)，且分配給每個(gè)用戶(hù)的帶寬可以編程控制。例如，每個(gè)用戶(hù)分配8.5Mbps帶寬，則開(kāi)啟流量整形后單服務(wù)器總流量應(yīng)為12000x8.5=102Gbps，如下圖所示。

數(shù)據(jù)平面的性能測(cè)試結(jié)果

我們看到，當(dāng)數(shù)據(jù)包為定長(zhǎng)512字節(jié)時(shí)，關(guān)閉流量整形功能后，高優(yōu)先級(jí)流量和低優(yōu)先級(jí)流量都沒(méi)有損失，各為60Gbps（對(duì)應(yīng)每個(gè)用戶(hù)的實(shí)際流量為5Mbps高優(yōu)先級(jí)+5Mbps低優(yōu)先級(jí)），因此總流量為120Gbps。開(kāi)啟流量整形功能后，高優(yōu)先級(jí)流量沒(méi)有損失，仍為60Gbps。對(duì)于低優(yōu)先級(jí)，由于每個(gè)用戶(hù)分配8.5Mbps帶寬且高優(yōu)先級(jí)已經(jīng)占用了其中的5Mbps，因此只剩余3.5Mbps帶寬供低優(yōu)先級(jí)流量通過(guò)?？梢?jiàn)低優(yōu)先級(jí)流量遭到限流，總流量變成3.5Mx12000=42Gbps，使得總流量變成102Gbps。這在總體上證明了單個(gè)vBRAS-d節(jié)點(diǎn)可以支持超過(guò)100Gbps的流量處理。

此外還進(jìn)行了一些功耗測(cè)試能性能對(duì)比，我在此挑選了一張結(jié)果圖如下所示。

圖5：不同帶寬時(shí)總能耗性能比的對(duì)比

這張圖表示了實(shí)現(xiàn)不同帶寬時(shí)，總功耗性能比的一系列比較。功耗性能比的定義為，實(shí)現(xiàn)1Tbps時(shí)所需要的總功耗（千瓦）。圖中將不含F(xiàn)PGA智能網(wǎng)卡的vBRAS實(shí)現(xiàn)50Gbps時(shí)的功耗性能比作為基準(zhǔn)值（100%）。由圖中可以看到，vBRAS+FPGA智能網(wǎng)卡的方案總能降低超過(guò)40%的總功耗，最多可達(dá)到60%。這進(jìn)一步印證了上文中闡述過(guò)的使用FPGA進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能加速的好處所在。

其他性能測(cè)試和對(duì)比不再贅述，詳細(xì)內(nèi)容在白皮書(shū)中可以看到。總體而言，相比于傳統(tǒng)的vBRAS服務(wù)器+標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡的方案，使用vBRAS+FPGA智能網(wǎng)卡的解決方案可以減少約50%的功耗，以及帶來(lái)超過(guò)3倍的性能提升。

結(jié)語(yǔ)

這篇白皮書(shū)為我們展示了業(yè)界領(lǐng)先的企業(yè)當(dāng)前在NFV和SDN領(lǐng)域所做的最新工作，特別是使用FPGA作為硬件加速平臺(tái)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行卸載和加速。這樣能大幅提高硬件資源的利用率，同時(shí)能帶來(lái)性能的提升和能耗的下降，降低了部署和運(yùn)行成本。同時(shí)結(jié)合業(yè)界其他公司的動(dòng)態(tài)，各大互聯(lián)網(wǎng)公司、云服務(wù)提供商、電信網(wǎng)絡(luò)提供商都開(kāi)始嘗試在他們的數(shù)據(jù)中心中部署FPGA，其中微軟的Azure云服務(wù)更是已經(jīng)大規(guī)模采用了Intel FPGA進(jìn)行硬件加速。因此，如何有效的設(shè)計(jì)CPU+FPGA這樣的異構(gòu)計(jì)算微結(jié)構(gòu)、如何實(shí)現(xiàn)狹義和廣義上的計(jì)算、控制和存儲(chǔ)資源的有效管理和分配、上述設(shè)計(jì)如何在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行高效部署，以及如何設(shè)計(jì)商業(yè)模型以明確FPGA在整個(gè)體系中的位置和作用，將會(huì)是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的研究熱點(diǎn)。