Smart NIC是什么？FPGA智能網(wǎng)卡簡(jiǎn)析

  一、智能網(wǎng)卡是時(shí)代技術(shù)發(fā)展的需求

  5G的到來(lái)，對軟件定義網(wǎng)絡(luò )（SDN）和網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化（NFV）提出了更加迫切的需求。

  現有的網(wǎng)絡(luò )基礎設施可支撐千萬(wàn)人溝通，但不能支持實(shí)時(shí)溝通的數十億物聯(lián)網(wǎng)設備，這就需要運營(yíng)商對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行虛擬化，構建更加靈活的網(wǎng)絡(luò )基礎設施。

  但是，軟件解決方案并不能提供足夠的網(wǎng)絡(luò )可靠性和服務(wù)質(zhì)量，而具有高級可編程功能SmartNIC，將在虛擬化網(wǎng)絡(luò )中扮演非常重要的角色。

  Smart NIC能夠提升應用程序和虛擬化性能，實(shí)現軟件定義網(wǎng)絡(luò )（SDN）和網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化（NFV）的諸多優(yōu)勢，將網(wǎng)絡(luò )虛擬化、負載均衡和其他低級功能從服務(wù)器CPU中移除，確保為應用提供最大的處理能力。與此同時(shí)，智能網(wǎng)卡還能夠提供分布式計算資源，使得用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)自己的軟件或提供接入服務(wù)，從而加速特定應用程序。

  二、智能網(wǎng)卡的技術(shù)性特征

  Smart NIC即智能網(wǎng)卡，其核心是通過(guò)FPGA協(xié)助CPU處理網(wǎng)絡(luò )負載，編程網(wǎng)絡(luò )接口功能。FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。

  智能網(wǎng)卡的研發(fā)意圖有兩個(gè)：

  1.解放server上昂貴的CPU計算資源；

  2.幫助提供barematel server。

  智能網(wǎng)卡具有三個(gè)重要特征：

  1.通過(guò)FPGA本地化編程支持數據面和控制面功能定制，協(xié)助CPU處理網(wǎng)絡(luò )負載；

  2.通常包含多個(gè)端口和內部交換機，快速轉發(fā)數據并基于網(wǎng)絡(luò )數據包、應用程序套接字等智能映射到到相關(guān)應用程序；

  3.檢測和管理網(wǎng)絡(luò )流量。

  Smart NIC的應用場(chǎng)景包括：

  1.Smart NIC可以將代碼從CPU引入網(wǎng)卡，顯著(zhù)加速用于安全應用的加密/解密或用于深度包檢測（DPI）應用程序，降低CPU負載，并且支持靈活的網(wǎng)絡(luò )可編程性；

  2.超融合架構數據中心中，Smart NIC為SDN和虛擬化應用程序提供硬件加速與網(wǎng)絡(luò )接口緊密結合，并可分布在大型服務(wù)器網(wǎng)絡(luò )中，減小CPU負載，提供額外的邊緣計算能力，加速特定應用和虛擬化功能，并且通過(guò)正確的語(yǔ)言和工具鏈支持，為用戶(hù)提供應用加速即服務(wù)的附加價(jià)值。

  目前業(yè)界提供基于FPGA的Smart NIC的廠(chǎng)商包括Accolade、BittWare、Enyx、Ethernity、Napatech、Netcope、Reflex CES、Silicom和Solarflare，通常集成自Intel或Xilinx的FPGA來(lái)實(shí)現。

  三、深圳聯(lián)瑞品牌的FPGA智能

  LREG1001PF-2QSFP28 是深圳市聯(lián)瑞電子有限公司在基于 Xilinx Ultrascale+16nm VU3P芯片方案基礎上研發(fā)的一款雙口100G FPGA光纖以太網(wǎng) PCI-Express v3.0 x16智能網(wǎng)卡，該智能網(wǎng)卡擁有高吞吐量、低延時(shí)的網(wǎng)絡(luò )處理能力以及輔助CPU進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )功能卸載的能力，達到最大化節約CPU算力，降低CPU占用同時(shí)也降低功耗。

  該智能網(wǎng)卡直接安裝在服務(wù)器或者其他設備的PCIe插槽上即可使用，極具有便利性，所涉及的IP核具有自主知識產(chǎn)權，通過(guò)與具體應用及業(yè)務(wù)結合的方式，可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的智能化，可編程化，從而節約CPU占用。

  該智能網(wǎng)卡具有芯片級級別的加密功能，可實(shí)現數據的安全處理、傳輸，同時(shí)還兼具有過(guò)溫、 過(guò)流、過(guò)功率等的保護，以免受到電源沖擊的受損。在直接在服務(wù)器上使用時(shí)，單CPU核即可支持收發(fā)雙向可達80Gbps的吞吐量速度，在通過(guò)Firefly進(jìn)行多卡的單板鏈接通信時(shí)，可達到300Gbps的全雙工收發(fā)以及報文處理的能力。

  該智能網(wǎng)卡提供了支持P4編程的二次功能開(kāi)發(fā)，能實(shí)現網(wǎng)卡處理功能的實(shí)時(shí)可配置性，支持用戶(hù)對網(wǎng)卡實(shí)現自定義安全策略配置及檢測，同時(shí)支持OvS 卸載?？蓪?shí)時(shí)監控網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)卡內數據包的流量及延遲，通過(guò)P4的遙測技術(shù)，可與支持 P4 的交換機形成端對端的遙測技術(shù)解決方案實(shí)時(shí)觀(guān)測整個(gè)鏈路的流量、擁塞和延遲，為實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )部署提供參考條件。

  聯(lián)瑞品牌的LREG1001PF-2QSFP28智能網(wǎng)卡由于優(yōu)異的性能，適合于人工智能，深度學(xué)習、網(wǎng)絡(luò )加速、基因測序、視頻處理、金融分析等對網(wǎng)絡(luò )延時(shí)、數據處理量要求都有特殊需求的領(lǐng)域使用。

  最后引用《中國電信CTNet2025網(wǎng)絡(luò )架構白皮書(shū)》的話(huà)：

  “從更好的適應互聯(lián)網(wǎng)應用的角度出發(fā)，未來(lái)網(wǎng)絡(luò )架構必須要求網(wǎng)絡(luò )能力接口的開(kāi)放和標準化，通過(guò)軟件定義網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，能夠實(shí)現面向業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò )資源和能力的調度和定制化，同時(shí)為進(jìn)一步加速網(wǎng)絡(luò )能力的平臺化，還需要提供網(wǎng)絡(luò )可編程的能力，真正實(shí)現網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的深度開(kāi)放?！?

  關(guān)于聯(lián)瑞

  深圳市聯(lián)瑞電子有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：深圳聯(lián)瑞）是一家成立于2006年的專(zhuān)業(yè)以太網(wǎng)卡解決方案提供商，是集各種接口以太網(wǎng)網(wǎng)卡研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售及服務(wù)于一體的科技型企業(yè)，旗下?lián)碛蠰R-LINK品牌商標。公司通過(guò)ISO9001:2015質(zhì)量管理體系認證，先后加入PCI-SIG行業(yè)協(xié)會(huì )、中國機器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、訊石光通訊網(wǎng)。公司堅持做專(zhuān)、做精、做強的戰略方針，弘揚務(wù)實(shí)創(chuàng )新、追求卓越的企業(yè)精神，始終把推動(dòng)科技創(chuàng )新、振興民族品牌作為聯(lián)瑞人的責任和義務(wù)。公司自主研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品均通過(guò)FCC、CE、ROHS等國際權威認證以及國家行業(yè)認證，并已廣泛運用于政府機關(guān)、軍工企業(yè)、電信運營(yíng)商、銀行、證券、高等院校等企事業(yè)單位，以及互聯(lián)網(wǎng)數據中心、云計算、工業(yè)自動(dòng)化、機器視覺(jué)等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。

  深圳聯(lián)瑞中文官網(wǎng)：www.lr-link.com.cn

  深圳聯(lián)瑞官微