去年8月,賽靈思(Xilinx)在FPGA加速卡產品線Alveo系列當中,增設了單槽式的入門級產品U50, 今年3月他們發表Alveo U25 SmartNIC,預計第三季上市。

顧名思義,賽靈思這款產品是針對企業的SmartNIC應用而來,期望能夠支援雲端服務供應商、電信業者,以及私有雲資料中心等環境的網路處理需求,像是軟體定義網路(SDN)、網路功能虛擬化(NFV)、NVMe-oF,以及人工智慧推論、資料分析、電子化交易、視訊轉碼等工作負載,並為融合網路、儲存、運算的IT基礎架構,提供加速處理機制。

而在整體的架構上,U25採用自家的FPGA運算引擎,提供完整的可程式化能力(用戶可運用高階程式化抽象模型HLS、RTL、P4),以及立即可行的應用系統加速機制(賽靈思發展的Vitis運算加速框架,可支援該公司與其他廠商的加速應用技術)。這張加速卡搭配的FPGA晶片,也嵌入了Arm處理器(4核心Cortex-A53),提供控制層,支援裸機伺服器的應用案例。

比起現行基於系統單晶片(SoC)架構的網路介面,賽靈思認為,U25能達到更高的網路吞吐效能,也具備更好的調整彈性,使得雲端架構師得以藉此加速各式功能與應用程式。在這樣的處理過程當中,每個網路flow能夠個別傳送到主機,或透過串流方式傳至硬體設備,FPGA可以幫忙的部分,主要是嵌入式的網路加速功能,以及應用程式處理專用的運算加速核心。

同時,U25也結合去年併購Solarflare而取得的網路技術。在網路介面的部份,採用XtremeScale乙太網路控制器,可提供超高的網路吞吐、高效能的小型封包傳輸,以及低延遲。這裡面包含了完整的網路介面功能與驅動程式。舉例來說,應用程式加速軟體Onload提供核心旁路(kernel bypass)的機制,針對TCP與封包等兩種層面提供API之餘,在降低傳輸延遲的幅度上,可達到80%,若是基於TCP這類傳輸控制協定的伺服器端應用系統,也能大大改善效率,Xilinx表示,如果是存取雲端服務的應用系統,能提供4倍的網路效能提升。

而在網路、儲存、運算的卸載與加速功能上,也是U25的重點特色,能避免無謂的資料搬移作業,減輕主機端處理器運算負擔與資源調配工作,而能讓伺服器執行更多應用系統。例如,針對TCP/UDP的總和檢查碼驗證卸載(CSO)、巨型傳送卸載(GSO)、大量傳送卸載(LSO)、大量接收卸載(LRO)、接收端調整(RSS)、接收區段合併(RSC)。

除此之外,針對軟體定義網路與網路虛擬化的卸載與加速,U25目前可支援開放虛擬交換器(OVS)的應用。賽靈思表示,就伺服器端的OVS處理負擔而言,有9成可卸載到這套產品當中執行,如此可大大改善封包吞吐量,提升幅度超過5倍。未來,賽靈思也打算支援多種安全功能,像是IPsec、SSL/TLS、256/128位元AES、分散式防火牆,並且可涵蓋到AI推論處理的加速。

值得一提的是,關於賽靈思發展SmartNIC,去年上半早有先機。在賽靈思併購Solarflare之前(4月宣布、7月底完成交易),兩家公司在3月展示了基於單顆FPGA晶片的雙埠100GbE網路卡,每秒可接收與傳送1億個封包,功耗低於75瓦。透過這樣的概念性驗證,呈現他們對於進階SmartNIC解決方案的開發能力,以及在網路卡上,確實能夠執行網路、儲存與運算加速技術的應用,大幅改伺服器效能之餘,也能節省耗電。

產品資訊

Xilinx Alveo U25 SmartNIC
●原廠:Xilinx●建議售價:廠商未提供
●外型:半高半長PCIe介面卡
●I/O介面: 2個PCIe 3.0 x8(在分岔模式下,可支援x16接頭)
●搭配記憶體容量:1支2GB(40位元DDR4-2666)、2支4GB(72位元DDR4-2666)
●傳輸介面:2個SFP28埠(10/25GbE)直連銅纜線或光纖收發器
●網路控制器:XtremeScale Ethernet Controller
●運算晶片:Zynq UltraScale+ XCU25 FPGA

【註:規格與價格由廠商提供,因時有異動,正確資訊請洽廠商】

 


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