硬科技:科科們應該知道的SmartNIC與DPU

2021.12.16 12:47PM
照片中提到了ASIC Based、" Excellent price-performance、- Vendor development cost high,包含了圖、產品設計、產品、電子零件、設計

各位科科在了解軟體定義網路 (SDN) 和網路功能虛擬化 (NFV) 之後,接著就可以進入SmartNIC (智慧型網路介面卡) 和NVIDIA宣稱「比SmartNIC更加強大」的DPU。

硬科技:在了解Smart NIC和DPU前科科需要知道的軟體定義網路(上)
硬科技:在了解Smart NIC和DPU前科科需要知道的軟體定義網路(下)

首先,我們必須先明確定義什麼是SmartNIC,和一般的NIC又有什麼不同。以曾經佔了10G以上網路卡70%市占率的Mellanox為例,他們對SmartNIC的定義是可卸載通常由CPU處理工作的網路卡,利用其獨立於CPU的額外運算能力與板載記憶體,完成更高等級的網路處理任務,減輕CPU的負擔並釋放其執行效能。

講的更白話一點,科科們可將SmartNIC定義為「像智慧型手機一樣,允許附加軟體功能」的NIC。要讓NIC升級成SmartNIC,不外乎外掛大量的ARM CPU核心、支援P4語言的網路處理器、採用FPGA、或著三者兼備。

目前知名的Smart NIC廠商,包含傳統大廠,像身為乙太網路規格制定者之一的Intel、傳統網通晶片大廠Broadcom、因翻掉Intel基本盤而被NVIDIA以70億美元併購的Mellanox、被AMD吃下的FPGA王者Xilinx,以及部份新創業者,如Cisco色彩濃厚的Pensando和Softbank投資兩億美元的Fungible。這些廠商都各擅勝場,例如很會將產品單晶片化,以取得成本優勢的Broadcom (有經歷過Broadcom機上盒產品線就會清楚知道他們這方面有多厲害)。

像雲端服務業者,也多少會自己研發自用的SmartNIC,像微軟用FPGA實做的Azure AccelNet和「邏輯上是個SmartNIC」的AWS Nitro。至於雲端服務之王Google,十之八九也勢必有自家的SmartNIC,只是叫什麼名稱,是否願意公諸於世,對他們也不重要就是了。

硬科技:光華電腦DIY回憶錄之宿網狂抽猛送的Intel網路卡(上)
硬科技:光華電腦DIY回憶錄之宿網狂抽猛送的Intel網路卡(中)
硬科技:光華電腦DIY回憶錄之宿網狂抽猛送的Intel網路卡(下)

那為何在理解SmartNIC前,非得要先對SDN和NFV有點基本的認識呢?因為近年來SmartNIC的崛起,主要有三個因素:SDN、虛擬化、以及25G+乙太網路。在一個高度虛擬化的環境,往往網路會消耗多達30%的CPU運算效能來處理網路虛擬化的事務,如Open vSwitch (OvS)之類的虛擬交換機,更罔論隨處可見的加密、解密、深度封包檢測和動態路由協定等。Broadcom曾經這樣描述SmartNIC:「大」x86 Server中的「小」ARM Server,可謂一針見血。

總之,對於SmartNIC的用戶來說,關鍵在於「軟體」,出色的硬體規格往往不代表優秀的實際表現,市場上主要的SmartNIC廠商,也多半靠著併購補強軟硬體的弱點,如nVidia另外收購了開源碼乙太網路交換機作業系統業者Cumulus Networks,而Mellanox的Bluefield 2也是藉由2015年收購EZchip取得Tilera而誕生。FPGA霸主Xilinx更是在2019年收購在這個市場累積十年經驗的Solarflare Communications,使其成為Xilinx Alveo U25 SmartNIC的研發團隊主力,試圖滿足需要OvS卸載功能的潛在客戶,而現在也隨著Xilinx收購案,成為AMD的一部分了。

照片中提到了Onload Technology on every Alveo SmartNIC、> Why Onload?、Standard Application,包含了alveo u25、賽靈思、Xilinx Alveo U25 SmartNIC 加速卡 A-U25-P06G-PQ-G、聯想 ThinkSystem Xilinx Alveo U25、Solarflare Communications, Inc.

講了這麼多,那麼SmartNIC到底有多重要?就以之前某則讀者留言,做為最後的註腳:

「實際上大型的資料中心,已經都把SDN作到Smart NIC上的vSwitch,這也是Cisco被白牌Switch打到不要不要的主因。」科科

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