一種智能網卡新型架構研究與設計
電子技術應用
羅向征，劉寶琴，李建國，盧祖友
（邁普通信技術股份有限公司，四川 成都610094）
摘要： 作為云數據中心核心業務卸載及加速處理的關鍵部件，智能網卡對于數據中心網絡、存儲業務處理效率提升具有特殊意義。數據中心業務需求復雜多變，缺乏成熟商用芯片支持，智能網卡設計難以在受限空間內滿足業務卸載靈活性、高性能、成本經濟性等多重要求。設計一種分離架構方案，將智能網卡通信接口功能與業務卸載處理功能進行物理解耦，突破網卡物理空間限制，復用業務卸載處理硬件資源，改善成本經濟性，是實現智能網卡工程化和大規模部署的有效途徑。
關鍵詞：智能網卡,虛擬化輸入輸出,彈性裸金屬服務,塊服務卸載引擎
中圖分類號：TN915
文獻標志碼：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. 一種智能網卡新型架構研究與設計[J]. 電子技術應用，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.
文獻標志碼：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. 一種智能網卡新型架構研究與設計[J]. 電子技術應用，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，傳統數據中心通常采用服務器租用、主機托管等服務模式，隨著芯片技術不斷發展，單臺服務器性能越來越強，以物理服務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。虛擬化技術的不斷進步，虛擬機應用模式逐漸取代物理服務器應用模式。虛擬機應用模式下，數據中心服務商在高性能服務器上運行虛擬化管理軟件，將物理服務器資源虛擬成多個邏輯實體，每一個邏輯實體對應于一臺虛擬機，所有虛擬機共享物理服務器資源。以虛擬機為粒度進行資源分配，為最終用戶提供服務，有效提升物理服務器資源利用效率，降低服務成本，虛擬化管理平臺也可以顯著降低虛擬機大規模部署、運維的難度，提升數據中心運行效率。
隨著現代云數據中心應用的進一步發展，以數據庫、機器學習、大數據為代表的一系列應用逐步推廣，這些應用對服務器處理性能要求高、事務處理響應確定性強，繼續采用虛擬機方式部署這些應用難以滿足高性能、確定響應、高安全隔離的服務要求。面向這些應用需求，彈性裸金屬服務模式應運而生，這種服務模式以物理服務器為粒度進行資源分配，同時借鑒虛擬機的管理運維優勢，可以很好地滿足資源部署快速靈活、服務需求響應確定性好、安全物理隔離的要求，兼具物理服務器和虛擬機兩者的優點。智能網卡作為彈性裸金屬服務模式中的關鍵部件，為服務器提供網絡、存儲業務卸載及加速能力，可以進一步釋放處理器算力，提高服務器資源的利用率，同時也可以對最終用戶隱藏并隔離數據中心內部網絡、存儲服務細節，提升數據中心安全性。
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作者信息：
羅向征，劉寶琴，李建國，盧祖友
（邁普通信技術股份有限公司，四川 成都610094）
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