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
中图分类号：TN915
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223368
中文引用格式： 罗向征，刘宝琴，李建国，等. 一种智能网卡新型架构研究与设计[J]. 电子技术应用，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.
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223368
中文引用格式： 罗向征，刘宝琴，李建国，等. 一种智能网卡新型架构研究与设计[J]. 电子技术应用，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
由于处理器性能相对不足，传统数据中心通常采用服务器租用、主机托管等服务模式，随着芯片技术不断发展，单台服务器性能越来越强，以物理服务器为粒度的资源分配方式存在资源利用率不高、用户成本高昂的突出问题。虚拟化技术的不断进步，虚拟机应用模式逐渐取代物理服务器应用模式。虚拟机应用模式下，数据中心服务商在高性能服务器上运行虚拟化管理软件，将物理服务器资源虚拟成多个逻辑实体，每一个逻辑实体对应于一台虚拟机，所有虚拟机共享物理服务器资源。以虚拟机为粒度进行资源分配，为最终用户提供服务，有效提升物理服务器资源利用效率，降低服务成本，虚拟化管理平台也可以显著降低虚拟机大规模部署、运维的难度，提升数据中心运行效率。
随着现代云数据中心应用的进一步发展，以数据库、机器学习、大数据为代表的一系列应用逐步推广，这些应用对服务器处理性能要求高、事务处理响应确定性强，继续采用虚拟机方式部署这些应用难以满足高性能、确定响应、高安全隔离的服务要求。面向这些应用需求，弹性裸金属服务模式应运而生，这种服务模式以物理服务器为粒度进行资源分配，同时借鉴虚拟机的管理运维优势，可以很好地满足资源部署快速灵活、服务需求响应确定性好、安全物理隔离的要求，兼具物理服务器和虚拟机两者的优点。智能网卡作为弹性裸金属服务模式中的关键部件，为服务器提供网络、存储业务卸载及加速能力，可以进一步释放处理器算力，提高服务器资源的利用率，同时也可以对最终用户隐藏并隔离数据中心内部网络、存储服务细节，提升数据中心安全性。
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作者信息：
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）
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