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(gè)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(chǔ)盒,實(shí)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(shí)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(duì) 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?yàn)椴煌墓?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(huì)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(jià)比
高廠商開發(fā)成本
可編程及可擴(kuò)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(jià)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(jià)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(shí)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(jià)比有可能最佳,但靈活性有限。NVIDIA ConnectX-5 等 ASIC 型網(wǎng)卡有一個(gè)可編程的數(shù)據(jù)路徑,配置起來相對(duì)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(shí)間和精力,在 FPGA 可用資源的限制范圍內(nèi),它可以相對(duì)有效地支持幾乎任何功能。但眾所周知,F(xiàn)PGA 編程難,價(jià)格高。
對(duì)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(shí)現(xiàn)選項(xiàng):具有良好的性價(jià)比、易于編程且靈活性高。
單一討論特定供應(yīng)商如何實(shí)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(jì)的問題。NVIDIA 實(shí)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(shí)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(duì) ASIC、FPGA、SoC 等實(shí)現(xiàn)選項(xiàng)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(diǎn)放在架構(gòu)設(shè)計(jì)上,而是調(diào)整了《個(gè)人電腦雜志》百科全書條目,對(duì)什么是 DPU 智能網(wǎng)卡,給出了一個(gè)更實(shí)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(diǎn)需注意:第一點(diǎn),它更專注于功能而非架構(gòu)設(shè)計(jì);第二點(diǎn),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(shí)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(chǔ)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(jī)器學(xué)習(xí)、軟件定義存儲(chǔ)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(dòng)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(gè)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(jí)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(shí),客戶通常會(huì)最終選擇 ConnectX 系列 iNIC,因?yàn)?ConnectX 能實(shí)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(hào)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(shí)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(jí)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(gè)具有加速能力并可卸載服務(wù)器(或存儲(chǔ)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(gè) 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(shí),這樣的加速是如何在 DPU 智能網(wǎng)卡上使用的。
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原文標(biāo)題:選擇最佳 DPU 智能網(wǎng)卡
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