浪潮王昭峰：智能網卡選擇FPGA+CPU架構

9月25日消息（南山）隨著應用性能高要求和虛擬交換機性能限制的矛盾日益突出，使用智能網卡來代替?zhèn)鹘y(tǒng)網卡，成為ICT行業(yè)的研究熱點。浪潮作為國內領先的服務器供應商，其對智能網卡的研究和應用值得業(yè)界關注。在今日舉辦的“2021中國智能網卡研討會”上，浪潮數據中心網絡市場總監(jiān)王昭峰介紹該公司智能網卡產品的創(chuàng)新和實踐。

王昭峰首先判斷，云計算的兩大特性是虛擬化和資源池化，智能網卡則加速了基礎設施的虛擬化和資源池化。隨著數據中心內部數據和帶寬的爆炸式增長，傳統(tǒng)軟件實現(xiàn)虛擬化以及數據處理的方式遇到了一系列問題。智能網卡的出現(xiàn)，將網絡、存儲以及安全任務從CPU卸載到了硬件進行加速，解決了在大帶寬場景下CPU的消耗以及延遲和抖動等問題。

目前，市場上主流的智能網卡硬件形式主要有四種，NP架構、通用ASIC架構(內嵌ARM)、FPGA+SoC架構、SoC和定制化ASIC架構，產品形態(tài)包括單卡、雙卡、OCP卡。王昭峰認為，幾種架構沒有優(yōu)劣勢區(qū)分，差異在于性能可編程、功耗和成本之間的平衡，客戶基于這幾個方面的需求做選擇。

浪潮在智能網卡解決方案上選擇了FPGA+CPU架構。“為什么選擇這個方案？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，產品設計更靈活，更能滿足客戶業(yè)務的實際演進。”王昭峰表示，浪潮將IO設備硬件虛擬化，在網絡、存儲、安全方面做到了硬件加速卸載，客戶也可以基于智能網卡逐步去做管理平面卸載。

王昭峰說，虛擬設備硬件化帶來兩個問題，第一個如何管理虛擬化設備，二是熱遷移。

浪潮一是SR-IOV引入了兩種PCIe的Function，即PF和VF，通常對應著裸金屬和虛擬機的應用場景。在虛擬機場景下，VF的配置和管理由VMM完成，Guest OS需要支持VF的動態(tài)熱插拔；在裸金屬場景下，PF的配置和管理由網卡SoC上管理程序負責，Host OS需要支持PF的動態(tài)熱插拔。

二是基于VDPA的熱遷移方案優(yōu)化，在感知硬件設備狀態(tài)上，VDPA控制和數據平面分離，在監(jiān)控設備狀態(tài)同時，提升轉發(fā)性能。在遷移過程中跟蹤臟頁，采用網卡硬件監(jiān)控DMA頁的跟蹤，避免Host軟件處理引發(fā)遷移過程中的性能下降。

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

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

監(jiān)控方面，智能網卡是個獨立運行的小系統(tǒng)，需要像管理服務器一樣，監(jiān)控整個網卡的硬件狀態(tài)，記錄異常日志、診斷分析故障、以及遠程固件升級等。浪潮采用獨立的BMC監(jiān)管設計，既可以解決監(jiān)控管理需求，又可以避免服務器側的軟硬件修改。

管理方面，智能網卡和服務器的管理拓撲分為兩種：內部互聯(lián)和外部互聯(lián)。內部互聯(lián)，通過UART、金手指的I2C以及NCSI，Host BMC與網卡BMC互聯(lián)，兩者為主從關系；外部互聯(lián)，通過網卡和服務器的網口互聯(lián)，Host BMC與網卡BMC相互獨立，分開管理。

測試方面，浪潮開發(fā)服務器時會引入多品牌智能網卡，因此總結了一套完善的硬件功能測試和軟件功能測試規(guī)范，包括基本功能、卸載功能、自定義擴展功能、應用測試、兼容性測試等。

最后，在智能網卡的應用實踐上，浪潮一方面是配合浪潮云探索虛擬機和裸金屬虛擬化方案，另一方面是在數據中心網絡應用探索。王昭峰指出，帶寬增長將在達到51.2T后逐步放緩，屆時網絡訴求會發(fā)生變化，從以帶寬為中心到以延時為中心。浪潮結合智能網卡以及網絡設備，通過狀態(tài)可視收集實現(xiàn)數據中心可視化方案，包含了業(yè)務流量、虛擬網絡以及物理網絡，通過動態(tài)感知調整網絡參數。

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