結合自家FPGA與Solarflare網路技術，賽靈思跨入SmartNIC

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】