數(shù)據(jù)中心突破摩爾定律的利器，SmartNIC含金量幾何

就如同智能手機(jī)10余年前在移動(dòng)通信掀起的革命一樣，以太網(wǎng)的格局也在慢慢發(fā)生變化，數(shù)據(jù)中心里的以太網(wǎng)通信正在被SmartNIC改寫。SmartNIC作為這個(gè)時(shí)代智能網(wǎng)卡的代名詞，提供了遠(yuǎn)高于CPU的通信效率，加上可編程的特性，足以跟上網(wǎng)咯協(xié)議不斷的變化的步伐。

再次以我們的手機(jī)為例，手機(jī)的負(fù)載在近年來(lái)其實(shí)增長(zhǎng)并不大，即便存在圖形計(jì)算或是AI計(jì)算的壓力，但基本都能勝任它們被賦予的角色。正因如此，摩爾定律的推進(jìn)得以為其提供源源不斷的“芯”動(dòng)力。但這在數(shù)據(jù)中心端是恰恰相反的，我們所追求的科技小型化在這里并不適用，龐大的機(jī)架與復(fù)雜的線路比比皆是。

這是因?yàn)閿?shù)據(jù)中心工作負(fù)載的增加速度要遠(yuǎn)快于摩爾定律，虛擬化與微服務(wù)將不少數(shù)據(jù)中心CPU性能分得一干二凈。服務(wù)器因?yàn)檫\(yùn)行數(shù)據(jù)中心軟件定義的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而處于滿載狀態(tài)，這個(gè)占比在每年3000多萬(wàn)出貨量的服務(wù)器中達(dá)到了三分之一。SmartNIC作為分擔(dān)這些負(fù)載的重要組成部分，已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心普及了。

考慮到目前數(shù)據(jù)中心與云計(jì)算成了銷售占比與利潤(rùn)率最高的業(yè)務(wù)，不少廠商都將SmartNIC視為一塊香餑餑。一些大力發(fā)展數(shù)據(jù)中心的廠商也開啟了瘋狂收購(gòu)，將知名的SmartNIC難入麾下，比如被英偉達(dá)收購(gòu)的Mellanox，被AMD收購(gòu)的Xilinx。除此之外，不少云服務(wù)廠商，例如微軟的Azure以及亞馬遜的AWS，也紛紛開始自研自己的SmartNIC。

英偉達(dá)

英偉達(dá)的ConnectX-7是一塊針對(duì)現(xiàn)代云計(jì)算、AI以及傳統(tǒng)企業(yè)負(fù)載的SmartNIC，支持1/2/4個(gè)NRZ、PAM4網(wǎng)絡(luò)端口，在不同的端口配置下最高可做到400Gb/s的帶寬。ConnectX-7集成了最新PCIe5.0 x16/x32的主機(jī)接口，不僅支持PCIeFHHL/HHHL這樣常規(guī)的PCIe智能網(wǎng)卡配置，也支持OCP 3.0 SFF這樣的小卡。

ConnectX-7上的英偉達(dá)自研芯片 / 英偉達(dá)

ConnectX-7這張卡最強(qiáng)大的地方不在其帶寬，而是在與其配套的技術(shù)上。內(nèi)建了英偉達(dá)的交換與數(shù)據(jù)包處理加速技術(shù)（ASAP），通過(guò)ASIC嵌入式交換機(jī)，既裸機(jī)服務(wù)器提供了極高的性能和效率，也為虛擬化和容器提供了SDN加速。

同時(shí)ConnectX-7也通過(guò)RoCE和GPUDirectStorage這樣的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高性能的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)訪問(wèn)，對(duì)于NVMe-oF這種存儲(chǔ)架構(gòu)來(lái)說(shuō)也可以通過(guò)RoCE和TCP同時(shí)加速，可以說(shuō)是與當(dāng)下主流的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)兼容了。

中科馭數(shù)

國(guó)內(nèi)其實(shí)也有不少在發(fā)展智能網(wǎng)卡的公司，中科馭數(shù)正是其中一家。中科馭數(shù)的SWIFT-2100N是一款主打高性能和超低時(shí)延的SmartNIC，基于其自研KPU架構(gòu)的DPU芯片打造而成，實(shí)現(xiàn)了芯片級(jí)的網(wǎng)絡(luò)卸載，支持全硬件有狀態(tài)TCP、UDP、ARP、ICMPv4和IGMPv3協(xié)議的卸載。

中科馭數(shù)DPU / 中科馭數(shù)

既然主打高性能和低時(shí)延，我們就來(lái)看一看這方面的性能。SWIFT-2100N在DPU的加持下，INT8算力最高可以達(dá)到18.6TOPS，片外內(nèi)存容量64GB，總帶寬可達(dá)77GB/s。在時(shí)延方面，其內(nèi)部TCP/IP協(xié)議處理時(shí)延在200ns左右，1/2RTT時(shí)延低于1.2us，網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)小于20ns，如此優(yōu)秀的時(shí)延表現(xiàn)特別適合一些金融計(jì)算、視頻點(diǎn)播場(chǎng)景。

英特爾

除了Xilinx之外，同為FPGA廠商的英特爾也有自己的SmartNIC，其N6000-PL基于自家的Agilex高性能FPGA，在英特爾以太網(wǎng)控制器E810和PAC N3000的支持下，提供了2x100GE的連接性，支持多種通信負(fù)載，比如開源虛擬交換機(jī)、vRouter、5G用戶平面功能和分段路由版本、vRAN等等。

在接口上，N6000-PL支持PCIe4.0 x16以及DDR4內(nèi)存。FPGA提供的極高靈活性讓N6000-PL成了不少移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化部署的首選。比如啟碁和Silicom都推出了基于N6000-PL的智能網(wǎng)卡，或用于4G/5G的vRAN，或用于5G NR的前向糾錯(cuò)和前傳網(wǎng)絡(luò)緊急同步。

小結(jié)

盡管現(xiàn)在的SmartNIC提供了足夠的網(wǎng)絡(luò)性能，不過(guò)如果你的使用場(chǎng)景屬于世界上最大的幾個(gè)數(shù)據(jù)中心，或是通信需求特別高的話，還是需要用到DPU。正如Broadcom曾經(jīng)提出的一種比喻，SmartNIC就像是大服務(wù)器中的小服務(wù)器，而DPU則是可以作為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)，但不管怎么說(shuō)，SmartNIC都將在大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下留下自己的重要印記。