當前，隨著數據中心流量的不斷增加，數據中心內部的流量被稱為橫向流量，現在年負荷增長率在 25%以上，給數據中心帶來巨大的壓力，數據中心正在面臨聯網危機。隨著 SDN 在的增加，雲服務器會在 CPU 和軟件中使用很多 SDN 功能。隨著網絡數據爆炸式增長，額外的非應用級處理工作湧入雲數據中心服務器，從而耗費更多 CPU 資源。對於雲服務供應商，需要這樣的計算能力支持其商業活動；對於公有云，需要把這些資源出售給客戶進行變現；而邊緣的一級雲服務提供商，例如：亞馬遜、微軟，在很多年以前就已經意識到了這個問題，並從服務器上卸載聯網功能，把他們轉移到 SmartNIC上來解決。
現在超過 80%的雲服務供應商只有傳統的 NIC，還沒有 SmartNIC，只能繼續在軟件上運行聯網功能。其實並不是這些雲服務供應商沒有遇到微軟和亞馬遜所面臨的問題，而是很難憑一己之力採用 SmartNIC。亞馬遜和微軟有雄厚的研發資源，能夠自行設計測試做大規模的部署，小型雲服務供應商，尤其是二級和三級雲服務商沒有強大的研發團隊，也沒有專門的工程技術和能力部署自己的解決方案，所以他們更需要開箱即用的解決方案能夠符合即插即入的標準，無需自行開發就能夠實現卸載的優勢。
左：賽靈思大中華區銷售副總裁唐曉蕾（Maria Tang）
為了滿足雲服務提供商、電信公司和私有云數據中心運營商的需求，賽靈思推出了業界首款“一體化 SmartNIC 平臺”— Alveo U25。賽靈思數據中心事業部產品及平臺營銷副總裁 Donna Yasay 向與非網介紹，“U25 將高度優化的 SmartNIC 平臺與強大靈活的 FPGA 引擎相結合，實現了全可編程與一站式加速應用。U25 為應對業界最具挑戰性的需求與工作負載如 SDN、虛擬交換、NFV、NVMe-oF、電子交易、AI 推斷、視頻轉碼和數據分析等，提供了一個強大的一體化 SmartNIC 平臺。”
市場調研機構 Dell’Oro 集團預測，到 2024 年，SmartNIC 市場規模將超過 6 億美元，佔據全球以太網適配器市場的 23%。隨著雲服務提供商的縱向擴容，他們正在不斷增加 SmartNIC 的部署，以便為業務應用釋放寶貴的 CPU 核，優化服務器利用率。而電信服務提供商則是另一大具有強勁增長潛力的市場，他們正考慮將 SmartNIC 從核心網集成到邊緣網，為 NFV 和 AI 推斷等應用提供服務。
平臺化的技術優勢
賽靈思為什麼把 Alveo U25 稱為首個一體化的 SmartNIC 平臺？在採訪中，Donna 向與非網解釋，“其它方案只關注聯網或存儲，Alveo U25 融合了聯網、存儲，又加上了計算加速的功能。從這個角度來講，確實是首個在一張卡上實現計算、存儲和聯網卸載的加速平臺。U25 基於賽靈思的 FPGA 技術，具有靈活性和全可編程性，可以支持 FPGA 用戶級編程特徵。除此之外，賽靈思為客戶提供一個完全經過測試並且驗證的比特文件，能夠上載到卡片的啟動，並且能夠符合標準的行業 API。所以這張卡能夠無縫地卸載並且加速服務器的聯網、存儲、計算，而不需要做任何額外的編程。我們還基於 OVS 標準推出一站式的應用來支持虛擬交換、卸載加速，未來推出更多一站式的應用，比如 IPSEC、加密卸載、SSL 等。”
Alveo U25
賽靈思大中華區銷售副總裁唐曉蕾也表示，“對於板卡，用戶認為只是一個部件，但是賽靈思在數據中心不僅提供加速計算，未來越來越多向平臺方向發展，扮演越來越重要的角色。”
關於 Alveo U25 的技術優勢，Donna 介紹，依託於賽靈思業界領先的 FPGA 技術，Alveo U25 SmartNIC 平臺相比基於 SoC 的 NIC，可以提供更高的吞吐量和更強大的靈活應變引擎，支持雲架構師快速為多種類型的功能與應用提速。U25 SmartNIC 平臺支持“bump-in-the-wire （線纜內的塊）”式無縫嵌入網絡、存儲和計算卸載及加速功能，可以避免不必要的數據傳輸和 CPU 處理，從而最大限度提高效率。而這也顯著降低了 CPU 的負擔並釋放更多資源，以運行更多應用。嵌入式 ARM 處理器提供了獨特、關鍵的控制層處理功能，可以支持新興的裸機服務器用例。基本型 NIC 可提供超高吞吐量、小數據包性能與低時延。標準型全功能 NIC 解決方案與驅動程序採用獲得專利的 Onload 應用加速軟件，時延降幅高達 80%，並且在雲應用中為基於傳輸控制協議（ TCP ）的服務器應用提高了效率 --- 最高可達 400%。
U25 所提供的首個開箱即用型加速應用是對 Open vSwitch （ OVS ）卸載與加速的支持。這個即插即用型解決方案將從服務器卸載 90% 以上的 OVS 處理，從而將數據包吞吐量提升 5 倍以上。未來，賽靈思還計劃推出針對安全功能的一站式解決方案，這些安全功能諸如 IPSec、SSL/TLS、AES-256/128，同時還有分佈式防火牆和 AI 推斷。
軟硬件平臺化協同助力客戶節約成本
用戶在服務器上把工作卸載下來並且高效的在一個 SmartNIC 平臺上去運行，這意味著完成同樣工作量時，所需要的服務器數量減少，硬件成本減少，大大降低雲服務提供商的支出成本，從資本支出來看，採購設備的成本由於所需要服務器的數量減少而下降。另外，數據中心功耗也能夠降低，從而節約運營成本。另外，一站式的應用幫助之前 80%無法使用 SmartNIC 的雲服務供應商，擴展 SmartNIC 的能力。
Alveo U25 SmartNIC 平臺在性能上兼具了 GPU 和聯網處理器兩者的優勢，是否會帶來價格上升，給雲服務商帶來更大成本壓力？Donna 認為，“這款產品能夠很好地融合聯網和計算，我覺得能夠為客戶創造很多價值，節約很多成本。如果用戶做擴展處理的話，他們可能需要用到很多微服務器，因此舊的服務器就沒有辦法用了，只能買新的。但是現在採用這個平臺，就可以保住現有的基礎設施，如果重新購買，花三分之一的成本就可以滿足很多新的要求。”
目前，數據中心的客戶也在轉型，從原來的平臺產品轉向結合了雲服務、智能計算的服務型產品，這些轉型對基礎硬件架構提出新的需求。Donna 表示，“現在數據中心確實有很多物聯網和計算應用，正在改變整個行業，為了跟上技術的需求，軟件編程也必須做到簡單易用，給客戶提供一站式平臺。以前，FPGA 編程確實非常困難，必須是專業人士才能夠做到代碼級編程工作，但是現在新的 FPGA 編程非常容易，而且和 CPU 的語言類似，所以整個行業的應用都在發生轉型，儘可能滿足客戶的需求。”
去年，賽靈思發佈了 Vitis 軟件平臺，Vitis 和 Alveo U25 將如何進行結合？唐曉蕾表示，“Vitis 統一軟件平臺和 U25 以及所有的 Alveo 卡可以有機結合。Alveo U25 SmartNIC 平臺實現了一站式加速應用，可以助力非一級雲數據中心運營商更加方便地部署 SmartNIC 並迅速收穫成效；U25 SmartNIC 還支持賽靈思和獨立軟件提供商 （ISV）提供的一站式應用。其編程模型既支持 HLS 和 P4 等高級網絡編程抽象，也支持 Vitis 統一軟件平臺等計算加速框架，以便實現賽靈思和第三方所提供的加速應用。我們之所以要做平臺化產品，是因為平臺化涉及很廣，無論 SaaS、FaaS 或 OS 支持要求都很高，我們希望通過 Vitis 軟件平臺加上 U25 硬件平臺相結合，讓企業在數據加速方面更快面向市場，解決以前 FPGA 的開發門檻問題。而在數據中心裡，隨著應用場景和新客戶的不斷擴展，我們必須要做硬件軟件協同，才能保障客戶群體的利益。”
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