عملیات دیتاسنتر با یک بحران روبرو است. در حالی که چرخه محاسبه در هر سرور به تدریج در حال افزایش است ، سرعت درگاه شبکه بصورت تصاعدی در حال افزایش است.
Xilinx ادعا می کند که "سرعت درگاه بیش از قانون مور است." این راه حل ممکن است در سیستم عامل های SmartNIC ، به خصوص سیستم عامل های SmartNIC مبتنی بر FPGA باشد. یکی از این پلتفرم ها مبتنی بر Alveo U25 تازه منتشر شده Xilinx است.
سطح بالای Xilinx در عرصه SmartNIC به دو دلیل قابل توجه است.
برای یکی ، Xilinx در برابر غول های فنی مانند مایکروسافت با Azure SmartNIC و Intel با کارت شتاب قابل برنامه ریزی N3000 خود قرار دارد.
دوم (و جالب تر) دلیل این است که Xilinx به معنای واقعی کلمه خود را "مخترع FPGA" می نامد. با توجه به اینکه SmartNIC جدید Xilinx — به همراه مایکروسافت و Intel's SmartNICs F مبتنی بر FPGA هستند ، آیا Xilinx از رقبای بزرگ خود برتری دارد؟
SmartNIC چیست؟
قبل از پرداختن به سیاست های تجاری آخرین دستگاه SmartNIC Xilinx ، ممکن است زمینه سازی آنچه را که منظور ما از "SmartNIC" منظور ماست مفید باشد.
NIC مخفف است. به گفته کوین دیرلینگ از شرکت Mellanox Technologies (یکی دیگر از تولید کنندگان SmartNIC) کارت رابط شبکه. ستون فقرات NIC PCIe است که به یک سرور متصل می شود و رابط را در یک شبکه اترنت فعال می کند.
Alveo U25 اولین SmartNIC است که پلتفرم جدید Xilinx را شروع کرد. در ابتدایی ترین اصطلاحات ، کار SmartNIC این است که کارهایی را انجام دهد که پردازنده های سیستم شبکه در غیر این صورت باید مقابله کنند. اینها ممکن است شامل شتاب TCP / IP ، پردازش HTTP ، ایجاد دیوار آتش و انجام وظایف رمزگذاری وقت گیر باشد.
SmartNIC می تواند توانمندی سرورهای اینترنتی پرمشغله را داشته باشد. آنها همچنین می توانند باعث افزایش سرعت و کارآیی در برنامه های پیشرفته امنیتی و یادگیری ماشین و همچنین برای telcos شوند.
سه نوع SmartNIC
SmartNIC می تواند مبتنی بر ASIC ها ، سیستم های روی یک تراشه (SoC) یا آرایه های دروازه قابل برنامه ریزی درست (FPGAs) باشد. مانند دستگاه هایی که آنها مستقر هستند ، هر کدام مزایا و معایبی دارند.
برای مثال ، دستگاه های ASIC برای توسعه و انعطاف پذیری گران هستند ، اما هزینه واحدها کم است. نوع SoC معمولاً شامل یک پردازنده پردازنده است.
پلتفرم Xilinx Alveo SmartNIC ، به همراه همتایان Microsoft و Intel ، مبتنی بر فناوری FPGA است.
از انواع کارهایی که معمولاً به SmartNICs اختصاص داده شده است – محاسبه ، ذخیره سازی و شبکه. FPGA های تنها در هر سه نشان می شوند.
Xilinx در مقابل چیست؟
مایکروسافت همچنین SmartNIC های لاجورد خود را بر روی FPGA ها پایه گذاری می کند. هدف اعلام شده این شرکت بارگیری مجدد شبکه میزبان به سخت افزار است. Azure SmartNIC ها شبکه شتاب دهنده مایکروسافت (یا "AccelNet") را پیاده سازی می کنند و از سال 2015 روی سرورهای لاجورد مستقر شده اند. مایکروسافت ادعا می کند که AccelNet کمتر از 15 میکرومتر VM-VM TCP تاخیر و توان 32 گیگابیت در ثانیه را ارائه می دهد.
تخته های Microsoft Azure SmartNIC (ژنرال یک در سمت راست ، ژنرال دو در سمت چپ) و معماری سیم پیچ. اینتل با حسن نیت ارائه از مایکروسافت
اینتل ، با استفاده از FPGA SmartNIC و زبان P4 ، از راه حل FPGA و استفاده از زبان P4 در زمینه ساختن PoC قطعه قطعه استفاده می کند.
معماری Intel FPGA PAC N3000. تصویر مورد استفاده از مجتمع Intel
نویسندگان مقاله سفید نشان می دهند که Netcope P4 ، یک فروشنده FPGA که ادغام در "طعم های مختلف" SmartNIC های مبتنی بر FPGA را فراهم می کند ، حداکثر دو برابر ظرفیت شبکه 100 GbE ارائه می دهد ". به طور کامل بهره وری بهبود یافته نسبت به NPU ها را ارائه می دهیم. "
Xilinx چگونه می کوشد؟
همانطور که قبلاً ذکر شد ، اکثر شبکه ها از SmartNIC استفاده نکردند. Xilinx برای پر کردن این شکاف با رقابت زیادی روبرو خواهد شد.
اما Xilinx برای فناوری کارت شتاب دهنده جدید نیست. این شرکت پیش از این کارتهای شتاب دهنده داده های مرکز داده های U50 و U250 را ارائه کرده بود. در گذشته ، ما بحث کرده ایم که چگونه U50 با داشتن توانایی جابجایی در شکاف PCIe ، صرفه جویی در مصرف انرژی و بهبود کارآیی و تأخیر ، به پردازنده های سنتی مبلغی را برای پول خود مبلغی اجرا می کرد. ما همچنین U250 را به عنوان پایه شتاب دهنده استنتاج هوش مصنوعی SK Telecom ، که در سیستم های امنیتی برای امنیت فضاهای عمومی و خصوصی استفاده می شود ، برجسته کردیم.
Xilinx آخرین پلت فرم SmartNIC خود را به عنوان تنها گزینه جامع متمایز می کند. در بازار ، شبکه همگرا ، ذخیره سازی و محاسبه شتاب. Alveo U25 خط جدیدی از Alveo SmartNIC را آغاز می کند ، که گفته می شود طیف وسیعی از برنامه های کلید-کلید از جمله Open vSwitch و IPSEC را ارائه می دهد. پلت فرم SmartNIC ، Xilinx می گوید ، همچنین با استفاده از محیط توسعه یکپارچه Vitis شرکت کاملاً قابل برنامه ریزی است.
SmartNIC Xilinx به عنوان تنها جامع در نوع خود توصیف شده است. با استفاده از تصویر از Xilinx
با قدرت اصلی FPGA ، Xilinx ادعا می کند که پلت فرم جدید SmartNIC شامل یک FPGA قابل برنامه ریزی برای اداره جریان های شبکه است. این شرکت توضیح می دهد: "هر جریان را می توان به صورت جداگانه به میزبان تحویل داد و / یا از طریق سخت افزار جریان داد تا از طریق توابع شتاب شبکه ضربتی در سیم و یا محاسبه هسته شتاب برای پردازش برنامه در داخل FPGA ،" این شرکت توضیح دهد.
ویژگی های متمایز از Smart Smart جدید SmartNIC
پلت فرم SmartNIC Xilinx می تواند برخی از وظایفی را که اکنون در هسته شبکه قرار دارد ، انجام دهد ، بارگیری از سرورهای ابری و آزاد کردن آنها برای حضور در کارهای خاص خود. هدف نهایی ادامه جریان داده های یکپارچه است. با این حال ، براساس Xilinx ، هنوز 80٪ از گره های سرور ابری از این فناوری حیاتی استفاده نکرده اند.
هدف از پلتفرم SmartNIC Xilinx ساده سازی و کاهش هزینه های زیرساخت های مرکز داده ، ارائه کلید چرخش بیشتر است. برنامه های کاربردی برای مشکلات محاسبه ، و "بهینه سازی یا گسترش عملکرد قابلیت استفاده از برنامه نویسی و افزونه های IP."
نمودار پشته عملکرد SmartNIC Xilinx. تصویر مورد استفاده از حسن نیت ارائه می دهد از Xilinx
Alveo U25 مبتنی بر لینوکس است و شامل دو پورت 10 / 25G و دو PCIe Gen3x8 است. خود FPGA دارای 6 گیگابایت DDR4 SDRAM ، یک پردازنده چهار هسته ای A53 پردازنده ، و بیش از 520K LUT است.
این دستگاه همچنین دارای بارهای بدون تاب و تونل است. برای قابلیت مدیریت و پیش بوت شدن ، Xilinx به روزرسانی های سیستم عامل ایمن را در Alveo U25 طراحی کرد. علاوه بر این ، کارت شتاب دهنده FPGA سرعت شتاب در سیم را شامل می شود ، از جمله یادگیری ماشین ، تجزیه و تحلیل داده ها و کدگذاری ویدیو.
Onload Technology
Xilinx ادعا می کند که با "FPGA قدرتمند خود ، رقابت جدیدی را در اختیار رقبا قرار داده است ، و این امکان را فراهم می کند تا شتاب سخت افزاری و بارگیری آفلاین با حداکثر کارآیی در عین حال که از حرکات غیر ضروری داده ها و پردازش CPU استفاده می کند ، رخ دهد."
Xilinx U25 وظایف را "بارگذاری می کند" بنابراین هسته هسته می تواند با بارگذاری مجدد آنها ، خود را آزاد کند. با این کار نسخه های حافظه ، تعویض زمینه ، مشاجره قفل و سرعت بالای قطع شدن را از بین می برد.
گفته می شود فن آوری Onload 80 درصد تاخیر را کاهش می دهد. تقریبا هیچ فشرده کننده وجود ندارد و عملکرد برنامه مبتنی بر TCP تا 400٪ بهبود می یابد.
فناوری Onload هسته هسته شبکه را آزاد می کند. فناوری مورد استفاده از حسن نیت ارائه می دهد از Xilinx
فن آوری Onload همچنین هسته هسته شبکه را دور می زند و چرخه های CPU خود را برای کارهای اساسی تر آزاد می کند. این ارتباط مستقیم بین برنامه ها و شبکه برقرار می کند. این فناوری باعث می شود تا زمان اتصال سریع و قطع اتصال ، امکان اتصال قوی تری فراهم شود.
فناوری Onload به گونه ای طراحی شده است که به راحتی در زیرساخت های موجود ادغام شود و با API های رابط POSIX استاندارد صنعتی سازگار است. هیچ تغییری در نرم افزار لازم نیست.
نتیجه گیری
اگرچه Xilinx یک شرکت بسیار کوچکتر از مایکروسافت یا اینتل است ، اما اختیارات آن در FPGA ممکن است SmartNIC جدید را به دست آورد – خصوصاً از نظر ادعای Xilinx که این تنها جامع هوشمند در نوع خود است. 19659002] همزمان با ادامه سیستم عامل های SmartNIC به چالش های شبکه در مراکز داده – رونق در ترافیک شبکه ، تقاضا برای منابع محاسباتی و محدودیت های تخلیه شبکه ، — طراحان ممکن است بخواهند چگونگی تهیه نقشه بنیانگذار FPGA را مورد توجه قرار دهند. راه حل با کارت های شتاب دهنده جدید.
SmartNIC می تواند توانمندی سرورهای اینترنتی پرمشغله را داشته باشد. آنها همچنین می توانند باعث افزایش سرعت و کارآیی در برنامه های پیشرفته امنیتی و یادگیری ماشین و همچنین برای telcos شوند.
سه نوع SmartNIC
SmartNIC می تواند مبتنی بر ASIC ها ، سیستم های روی یک تراشه (SoC) یا آرایه های دروازه قابل برنامه ریزی درست (FPGAs) باشد. مانند دستگاه هایی که آنها مستقر هستند ، هر کدام مزایا و معایبی دارند.
برای مثال ، دستگاه های ASIC برای توسعه و انعطاف پذیری گران هستند ، اما هزینه واحدها کم است. نوع SoC معمولاً شامل یک پردازنده پردازنده است.
پلتفرم Xilinx Alveo SmartNIC ، به همراه همتایان Microsoft و Intel ، مبتنی بر فناوری FPGA است.
از انواع کارهایی که معمولاً به SmartNICs اختصاص داده شده است – محاسبه ، ذخیره سازی و شبکه. FPGA های تنها در هر سه نشان می شوند.
Xilinx در مقابل چیست؟
مایکروسافت همچنین SmartNIC های لاجورد خود را بر روی FPGA ها پایه گذاری می کند. هدف اعلام شده این شرکت بارگیری مجدد شبکه میزبان به سخت افزار است. Azure SmartNIC ها شبکه شتاب دهنده مایکروسافت (یا "AccelNet") را پیاده سازی می کنند و از سال 2015 روی سرورهای لاجورد مستقر شده اند. مایکروسافت ادعا می کند که AccelNet کمتر از 15 میکرومتر VM-VM TCP تاخیر و توان 32 گیگابیت در ثانیه را ارائه می دهد.
تخته های Microsoft Azure SmartNIC (ژنرال یک در سمت راست ، ژنرال دو در سمت چپ) و معماری سیم پیچ. اینتل با حسن نیت ارائه از مایکروسافت
اینتل ، با استفاده از FPGA SmartNIC و زبان P4 ، از راه حل FPGA و استفاده از زبان P4 در زمینه ساختن PoC قطعه قطعه استفاده می کند.
معماری Intel FPGA PAC N3000. تصویر مورد استفاده از مجتمع Intel
نویسندگان مقاله سفید نشان می دهند که Netcope P4 ، یک فروشنده FPGA که ادغام در "طعم های مختلف" SmartNIC های مبتنی بر FPGA را فراهم می کند ، حداکثر دو برابر ظرفیت شبکه 100 GbE ارائه می دهد ". به طور کامل بهره وری بهبود یافته نسبت به NPU ها را ارائه می دهیم. "
Xilinx چگونه می کوشد؟
همانطور که قبلاً ذکر شد ، اکثر شبکه ها از SmartNIC استفاده نکردند. Xilinx برای پر کردن این شکاف با رقابت زیادی روبرو خواهد شد.
اما Xilinx برای فناوری کارت شتاب دهنده جدید نیست. این شرکت پیش از این کارتهای شتاب دهنده داده های مرکز داده های U50 و U250 را ارائه کرده بود. در گذشته ، ما بحث کرده ایم که چگونه U50 با داشتن توانایی جابجایی در شکاف PCIe ، صرفه جویی در مصرف انرژی و بهبود کارآیی و تأخیر ، به پردازنده های سنتی مبلغی را برای پول خود مبلغی اجرا می کرد. ما همچنین U250 را به عنوان پایه شتاب دهنده استنتاج هوش مصنوعی SK Telecom ، که در سیستم های امنیتی برای امنیت فضاهای عمومی و خصوصی استفاده می شود ، برجسته کردیم.
Xilinx آخرین پلت فرم SmartNIC خود را به عنوان تنها گزینه جامع متمایز می کند. در بازار ، شبکه همگرا ، ذخیره سازی و محاسبه شتاب. Alveo U25 خط جدیدی از Alveo SmartNIC را آغاز می کند ، که گفته می شود طیف وسیعی از برنامه های کلید-کلید از جمله Open vSwitch و IPSEC را ارائه می دهد. پلت فرم SmartNIC ، Xilinx می گوید ، همچنین با استفاده از محیط توسعه یکپارچه Vitis شرکت کاملاً قابل برنامه ریزی است.
SmartNIC Xilinx به عنوان تنها جامع در نوع خود توصیف شده است. با استفاده از تصویر از Xilinx
با قدرت اصلی FPGA ، Xilinx ادعا می کند که پلت فرم جدید SmartNIC شامل یک FPGA قابل برنامه ریزی برای اداره جریان های شبکه است. این شرکت توضیح می دهد: "هر جریان را می توان به صورت جداگانه به میزبان تحویل داد و / یا از طریق سخت افزار جریان داد تا از طریق توابع شتاب شبکه ضربتی در سیم و یا محاسبه هسته شتاب برای پردازش برنامه در داخل FPGA ،" این شرکت توضیح دهد.
ویژگی های متمایز از Smart Smart جدید SmartNIC
پلت فرم SmartNIC Xilinx می تواند برخی از وظایفی را که اکنون در هسته شبکه قرار دارد ، انجام دهد ، بارگیری از سرورهای ابری و آزاد کردن آنها برای حضور در کارهای خاص خود. هدف نهایی ادامه جریان داده های یکپارچه است. با این حال ، براساس Xilinx ، هنوز 80٪ از گره های سرور ابری از این فناوری حیاتی استفاده نکرده اند.
هدف از پلتفرم SmartNIC Xilinx ساده سازی و کاهش هزینه های زیرساخت های مرکز داده ، ارائه کلید چرخش بیشتر است. برنامه های کاربردی برای مشکلات محاسبه ، و "بهینه سازی یا گسترش عملکرد قابلیت استفاده از برنامه نویسی و افزونه های IP."
نمودار پشته عملکرد SmartNIC Xilinx. تصویر مورد استفاده از حسن نیت ارائه می دهد از Xilinx
Alveo U25 مبتنی بر لینوکس است و شامل دو پورت 10 / 25G و دو PCIe Gen3x8 است. خود FPGA دارای 6 گیگابایت DDR4 SDRAM ، یک پردازنده چهار هسته ای A53 پردازنده ، و بیش از 520K LUT است.
این دستگاه همچنین دارای بارهای بدون تاب و تونل است. برای قابلیت مدیریت و پیش بوت شدن ، Xilinx به روزرسانی های سیستم عامل ایمن را در Alveo U25 طراحی کرد. علاوه بر این ، کارت شتاب دهنده FPGA سرعت شتاب در سیم را شامل می شود ، از جمله یادگیری ماشین ، تجزیه و تحلیل داده ها و کدگذاری ویدیو.
Onload Technology
Xilinx ادعا می کند که با "FPGA قدرتمند خود ، رقابت جدیدی را در اختیار رقبا قرار داده است ، و این امکان را فراهم می کند تا شتاب سخت افزاری و بارگیری آفلاین با حداکثر کارآیی در عین حال که از حرکات غیر ضروری داده ها و پردازش CPU استفاده می کند ، رخ دهد."
Xilinx U25 وظایف را "بارگذاری می کند" بنابراین هسته هسته می تواند با بارگذاری مجدد آنها ، خود را آزاد کند. با این کار نسخه های حافظه ، تعویض زمینه ، مشاجره قفل و سرعت بالای قطع شدن را از بین می برد.
گفته می شود فن آوری Onload 80 درصد تاخیر را کاهش می دهد. تقریبا هیچ فشرده کننده وجود ندارد و عملکرد برنامه مبتنی بر TCP تا 400٪ بهبود می یابد.
فناوری Onload هسته هسته شبکه را آزاد می کند. فناوری مورد استفاده از حسن نیت ارائه می دهد از Xilinx
فن آوری Onload همچنین هسته هسته شبکه را دور می زند و چرخه های CPU خود را برای کارهای اساسی تر آزاد می کند. این ارتباط مستقیم بین برنامه ها و شبکه برقرار می کند. این فناوری باعث می شود تا زمان اتصال سریع و قطع اتصال ، امکان اتصال قوی تری فراهم شود.
فناوری Onload به گونه ای طراحی شده است که به راحتی در زیرساخت های موجود ادغام شود و با API های رابط POSIX استاندارد صنعتی سازگار است. هیچ تغییری در نرم افزار لازم نیست.
نتیجه گیری
اگرچه Xilinx یک شرکت بسیار کوچکتر از مایکروسافت یا اینتل است ، اما اختیارات آن در FPGA ممکن است SmartNIC جدید را به دست آورد – خصوصاً از نظر ادعای Xilinx که این تنها جامع هوشمند در نوع خود است. 19659002] همزمان با ادامه سیستم عامل های SmartNIC به چالش های شبکه در مراکز داده – رونق در ترافیک شبکه ، تقاضا برای منابع محاسباتی و محدودیت های تخلیه شبکه ، — طراحان ممکن است بخواهند چگونگی تهیه نقشه بنیانگذار FPGA را مورد توجه قرار دهند. راه حل با کارت های شتاب دهنده جدید.
