Smart NIC是什么？FPGA智能網(wǎng)卡簡析

一、智能網(wǎng)卡是時代技術(shù)發(fā)展的需求

　　5G的到來，對軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）提出了更加迫切的需求。

　　現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可支撐千萬人溝通，但不能支持實時溝通的數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，這就需要運營商對網(wǎng)絡(luò)進行虛擬化，構(gòu)建更加靈活的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

　　但是，軟件解決方案并不能提供足夠的網(wǎng)絡(luò)可靠性和服務(wù)質(zhì)量，而具有高級可編程功能SmartNIC，將在虛擬化網(wǎng)絡(luò)中扮演非常重要的角色。

　　Smart NIC能夠提升應(yīng)用程序和虛擬化性能，實現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的諸多優(yōu)勢，將網(wǎng)絡(luò)虛擬化、負載均衡和其他低級功能從服務(wù)器CPU中移除，確保為應(yīng)用提供最大的處理能力。與此同時，智能網(wǎng)卡還能夠提供分布式計算資源，使得用戶可以開發(fā)自己的軟件或提供接入服務(wù)，從而加速特定應(yīng)用程序。

二、智能網(wǎng)卡的技術(shù)性特征

　　Smart NIC即智能網(wǎng)卡，其核心是通過FPGA協(xié)助CPU處理網(wǎng)絡(luò)負載，編程網(wǎng)絡(luò)接口功能。FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。

　　智能網(wǎng)卡的研發(fā)意圖有兩個：

　　1.解放server上昂貴的CPU計算資源；

　　2.幫助提供barematel server。

　　智能網(wǎng)卡具有三個重要特征：

　　1.通過FPGA本地化編程支持數(shù)據(jù)面和控制面功能定制，協(xié)助CPU處理網(wǎng)絡(luò)負載；

　　2.通常包含多個端口和內(nèi)部交換機，快速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包、應(yīng)用程序套接字等智能映射到到相關(guān)應(yīng)用程序；

　　3.檢測和管理網(wǎng)絡(luò)流量。

　　Smart NIC的應(yīng)用場景包括：

　　1.Smart NIC可以將代碼從CPU引入網(wǎng)卡，顯著加速用于安全應(yīng)用的加密/解密或用于深度包檢測（DPI）應(yīng)用程序，降低CPU負載，并且支持靈活的網(wǎng)絡(luò)可編程性；

　　2.超融合架構(gòu)數(shù)據(jù)中心中，Smart NIC為SDN和虛擬化應(yīng)用程序提供硬件加速與網(wǎng)絡(luò)接口緊密結(jié)合，并可分布在大型服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)中，減小CPU負載，提供額外的邊緣計算能力，加速特定應(yīng)用和虛擬化功能，并且通過正確的語言和工具鏈支持，為用戶提供應(yīng)用加速即服務(wù)的附加價值。

　　目前業(yè)界提供基于FPGA的Smart NIC的廠商包括Accolade、BittWare、Enyx、Ethernity、Napatech、Netcope、Reflex CES、Silicom和Solarflare，通常集成自Intel或Xilinx的FPGA來實現(xiàn)。