《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一种智能网卡新型架构研究与设计
电子技术应用
罗向征，刘宝琴，李建国，卢祖友
（迈普通信技术股份有限公司，四川 成都610094）
摘要： 作为云数据中心核心业务卸载及加速处理的关键部件，智能网卡对于数据中心网络、存储业务处理效率提升具有特殊意义。数据中心业务需求复杂多变，缺乏成熟商用芯片支持，智能网卡设计难以在受限空间内满足业务卸载灵活性、高性能、成本经济性等多重要求。设计一种分离架构方案，将智能网卡通信接口功能与业务卸载处理功能进行物理解耦，突破网卡物理空间限制，复用业务卸载处理硬件资源，改善成本经济性，是实现智能网卡工程化和大规模部署的有效途径。 关键词：智能网卡,虚拟化输入输出,弹性裸金属服务,块服务卸载引擎
中圖分類號：TN915
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223368
中文引用格式： 羅向征，劉寶琴，李建國，等. 一種智能網(wǎng)卡新型架構(gòu)研究與設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(6)：134-139.
英文引用格式： Luo Xiangzheng，Liu Baoqin，Li Jianguo，et al. Research and design of smart NIC’s new architecture[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(6)：134-139.
Research and design of smart NIC’s new architecture
Luo Xiangzheng，Liu Baoqin，Li Jianguo，Lu Zuyou
(Maipu Communication Technology Co.， Ltd.， Chengdu 610094，China)
Abstract： As a key component for offloading and accelerating key services in cloud data centers, smart NIC is significant for improving the processing efficiency of network and storage services in data centers. The service needs of data centers are complicated, lacking the support of mature commercial chips, and the design of smart NIC is difficult to meet the multiple requirements of service offloading flexibility, high performance, cost economy and so on in a limited space. Designing a separate architecture scheme to physically decouple the smart NIC interface function from the service offload processing function, break through the physical space limit of the network card, reuse the service offload processing hardware resources, and improve the cost economy is an effective way to achieve the engineering and large-scale deployment of smart NIC.
Key words : smart NIC；virtio；elastic bare metal server；block offloading engine

0　引言

由于處理器性能相對不足，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心通常采用服務(wù)器租用、主機(jī)托管等服務(wù)模式，隨著芯片技術(shù)不斷發(fā)展，單臺服務(wù)器性能越來越強(qiáng)，以物理服務(wù)器為粒度的資源分配方式存在資源利用率不高、用戶成本高昂的突出問題。虛擬化技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬機(jī)應(yīng)用模式逐漸取代物理服務(wù)器應(yīng)用模式。虛擬機(jī)應(yīng)用模式下，數(shù)據(jù)中心服務(wù)商在高性能服務(wù)器上運(yùn)行虛擬化管理軟件，將物理服務(wù)器資源虛擬成多個邏輯實體，每一個邏輯實體對應(yīng)于一臺虛擬機(jī)，所有虛擬機(jī)共享物理服務(wù)器資源。以虛擬機(jī)為粒度進(jìn)行資源分配，為最終用戶提供服務(wù)，有效提升物理服務(wù)器資源利用效率，降低服務(wù)成本，虛擬化管理平臺也可以顯著降低虛擬機(jī)大規(guī)模部署、運(yùn)維的難度，提升數(shù)據(jù)中心運(yùn)行效率。

隨著現(xiàn)代云數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，以數(shù)據(jù)庫、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)為代表的一系列應(yīng)用逐步推廣，這些應(yīng)用對服務(wù)器處理性能要求高、事務(wù)處理響應(yīng)確定性強(qiáng)，繼續(xù)采用虛擬機(jī)方式部署這些應(yīng)用難以滿足高性能、確定響應(yīng)、高安全隔離的服務(wù)要求。面向這些應(yīng)用需求，彈性裸金屬服務(wù)模式應(yīng)運(yùn)而生，這種服務(wù)模式以物理服務(wù)器為粒度進(jìn)行資源分配，同時借鑒虛擬機(jī)的管理運(yùn)維優(yōu)勢，可以很好地滿足資源部署快速靈活、服務(wù)需求響應(yīng)確定性好、安全物理隔離的要求，兼具物理服務(wù)器和虛擬機(jī)兩者的優(yōu)點。智能網(wǎng)卡作為彈性裸金屬服務(wù)模式中的關(guān)鍵部件，為服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)、存儲業(yè)務(wù)卸載及加速能力，可以進(jìn)一步釋放處理器算力，提高服務(wù)器資源的利用率，同時也可以對最終用戶隱藏并隔離數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、存儲服務(wù)細(xì)節(jié)，提升數(shù)據(jù)中心安全性。



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作者信息：

羅向征，劉寶琴，李建國，盧祖友

（邁普通信技術(shù)股份有限公司，四川 成都610094）


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