可組合式數(shù)據(jù)中心帶來的“革命風(fēng)暴”

大數(shù)據(jù)呈爆炸性增長，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心日益復(fù)雜，然而數(shù)據(jù)中心沒有模板，并不存在典型的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心的工作負載是動態(tài)變化的，不存在單一的或某種類型的應(yīng)用能夠主導(dǎo)數(shù)據(jù)中心。因此現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心面臨不斷變化的要求和應(yīng)用，必須保持可擴展性和敏捷性，無需進行硬件升級和擴展的前提下，能夠不斷的運行變化的應(yīng)用。為了滿足這一需求，賽靈思推出了可組合式數(shù)據(jù)中心。

何謂可組合式數(shù)據(jù)中心？賽靈思數(shù)據(jù)中心市場營銷總監(jiān)Ed Wright解釋，所謂“可組合式”不僅是計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲的分離，也不僅是在基礎(chǔ)設(shè)施層面，可組合式數(shù)據(jù)中心是在器件層面實現(xiàn)可擴展和可配置，從而滿足各類應(yīng)用的需求。

SN1000：SmartNIC迎來新成員

在10G以內(nèi)，市場上一直使用標準的NIC，支持高效的輸入輸出，從服務(wù)器到網(wǎng)絡(luò)，一直到存儲都不需要進行加速。但是從10G到25G節(jié)點，CPU的內(nèi)核開始出現(xiàn)卡頓，于是就產(chǎn)生了卸載NIC，從而減輕CPU的負擔，同時推進網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的加速。但是卸載NIC使用的都是ASIC，無法重新編程，而且卸載只能支持10G到25G。隨著端口速率從25G向40G、50G甚至100G過渡，CPU內(nèi)核資源更多用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包加速處理，于是可編程SmartNIC應(yīng)運而生。

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最早采用SmartNIC技術(shù)的是超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心和云服務(wù)提供商，包括百度、阿里、騰訊等公司，它們對線速性能的數(shù)據(jù)包處理性能要求很高。超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的要求各不相同，因此在實施過程中如果使用CPU和ASIC，很難滿足客戶的差異化要求。AISC方案跟不上超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心每過12-18個月就會有很大變化的演進速度；CPU和SoC方案無法滿足硬件加速的要求和性能。

超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心和云服務(wù)提供商的要求主要體現(xiàn)在三大領(lǐng)域：網(wǎng)絡(luò)、安全和存儲，他們希望SmartNIC可以實現(xiàn)加速網(wǎng)絡(luò)、安全和存儲卸載功能。

賽靈思推出的Alveo SN1000 是業(yè)界首款硬件可組合式SmartNIC，既包括網(wǎng)絡(luò)功能的卸載，還可以進行計算卸載和計算加速，也是可組合式數(shù)據(jù)中心的核心。賽靈思數(shù)據(jù)中心事業(yè)部網(wǎng)絡(luò)與存儲產(chǎn)品管理總監(jiān) Kartik Srinivasa介紹，這是一個2×100GB的SmartNIC，符合數(shù)據(jù)中心封裝尺寸和功耗僅為75瓦的需求，這款產(chǎn)品基于賽靈思16nm UltraScale+架構(gòu) FPGA，和 16核 NXP Arm處理器，以線速提供協(xié)議級的可編程能力。

如上圖所示，紅色部分FPGA是數(shù)據(jù)面，白色部分是控制面，中間灰色部分是內(nèi)存，內(nèi)存既支持數(shù)據(jù)面也支持控制面。賽靈思預(yù)先對硬件進行了加速，包括OVS加速、網(wǎng)絡(luò)虛擬化安全加速和存儲加速等，因此SN1000 SmartNIC開箱即用，而且即插即用?？蛻艨梢赃x擇對數(shù)據(jù)面進行配置。例如，客戶可以用SmartNIC進行遠程存儲加速，對NVMe進行加速。同樣的客戶如果想使用SN1000對于網(wǎng)關(guān)流量進行加速,他可以進行相應(yīng)的配置加速安全和防火墻，同時還能夠保持相關(guān)性能。在這個案例中還有一些剩余空間，客戶還可以對數(shù)據(jù)面的其他方面進行加速。也就是說，SN1000 支持客戶根據(jù)不同的要求進行靈活的組合并進行加速。

如上圖所示，在此案例中，客戶加入了一個定制虛擬交換機，而不是用賽靈思的OVS。同時還可以對虛擬化和安全進行加速，所以客戶可以先使用SN1000提升或者增加數(shù)據(jù)面的功能和加速，或者是根據(jù)客戶需求去除預(yù)裝的功能，然后進行定制，滿足客戶的要求。

客戶怎么才能充分利用可組合式的功能呢？主要是通過賽靈思統(tǒng)一軟件平臺Vitis全新打造的Vitis Networking 軟件平臺。通過Vitis Networking，用戶可以使用像P4這樣的高級語言來對數(shù)據(jù)面進行編程，也可以使用C和C++的語言對于ARM進行控制和流量的管理。

對于成熟的用戶來說，他們可以繼續(xù)使用RTL或者是其它高級綜合這樣傳統(tǒng)的FPGA編程方法，對數(shù)據(jù)面進行管理。通過該模塊，無論是配置還是加速，既可以由賽靈思來實現(xiàn)，也可以由客戶來實現(xiàn)，以及客戶的客戶、獨立的軟件和IP合作伙伴來實現(xiàn)，這就是可編程帶來的強大靈活性。

SmartNIC具有諸多優(yōu)勢，是否意味著其部署會超越傳統(tǒng)NIC？Kartik認為，關(guān)于可編程的SmartNIC，行業(yè)專家預(yù)測到2024年市場占有率會達到70%。有了SmartNIC之后，之前需要消耗很多CPU內(nèi)核被取代了，從而實現(xiàn)更大的外部效應(yīng)，使得TCO有關(guān)的費用降到最低。

時延低于1微妙的加速算法交易

當今的算法交易主要是兩大路徑，一個是硬件算法交易，另一個是軟件算法交易，這兩者的性能有很大的差異，如果軟件算法交易想要轉(zhuǎn)換成硬件算法交易門檻非常高。如果做硬件算法交易，需要找專門的硬件開發(fā)商在IT系統(tǒng)上做一個設(shè)計和架構(gòu)，然后才能提供解決方案，成本高，且交付周期長。

更讓用戶困惑的是，當今CPU的速度已經(jīng)到達了天花板，時延無法低于一毫秒。主要是由于受到聯(lián)網(wǎng)的影響，也就是通過PCIE總線到網(wǎng)絡(luò)，然后再返回CPU，時延不可避免要超過一毫秒，賽靈思的解決方案就是把交易從CPU遷移邊緣，也就是定制的硬件，但是這種方式進入高頻交易市場成本很高，這是很多交易商面臨的一大挑戰(zhàn)。賽靈思加速算法交易可以幫助交易者使用復(fù)雜的策略，而且不需要硬件開發(fā)，就可以實現(xiàn)低于一微秒的低時延要求。

在Vitis軟件平臺上，開發(fā)者可以通過模塊化的方式來構(gòu)建并且部署基于FPGA的Alveo卡，之所以稱之為模塊化，是因為他能夠支持庫的混搭，從而支持廣泛的算法交易的應(yīng)用，在這個層面上再部署算法交易的框架和IP。讓交易者可以在賽靈思加速算法交易框架中，使用各種庫進行組合，并且支持C和C++語言進行編程，這樣就能支持各種軟件開發(fā)商，還可以把內(nèi)部和第三方的應(yīng)用進行集成，同時時延降低到微秒級以下，大幅縮短上市時間。

在賽靈思推出加速算法交易之前，有兩種解決方式，一種是使用CPU來驅(qū)動算法交易，雖然部署快速、簡單，但是缺乏市場競爭力；另一種是使用定制的硬件開發(fā)，速度很快，競爭力也很強，但是價格昂貴，開發(fā)時間長，所以賽靈思的加速算法交易既能夠縮短上市時間，而且還很有競爭力，填補了算法交易中CPU 或者定制硬件開發(fā)之間的市場空白。

不同的模塊可以涵蓋廣泛的平臺，讓不同的機構(gòu)用戶使用，包括經(jīng)紀人、交易所，市場數(shù)據(jù)廠商，銷售側(cè)的廠商和自營交易商等。賽靈思的加速算法交易部署簡單快捷，只需要購買賽靈思的Alveo U50和Alveo U250，然后通過賽靈思渠道的經(jīng)銷商和分銷商來獲得產(chǎn)品，然后從Xilinx.com免費開源下載，用戶無需授權(quán)費用就可以使用賽靈思的加速算法。

APP Store：方便用戶快速部署加速應(yīng)用

為了方便用戶快速應(yīng)用賽靈思的加速方案，賽靈思還上線了應(yīng)用商店，方便客戶評估、購買、部署有關(guān)的應(yīng)用。和其它應(yīng)用商量類似，賽靈思的應(yīng)用商店也是將應(yīng)用集中到一起，方便客戶瀏覽下載。

賽靈思數(shù)據(jù)中心部亞太區(qū)數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略營銷經(jīng)理Guruprasad M. Parthasarathy表示，“這本身就是非常成熟的一種做法，但對于賽靈思來說，通過應(yīng)用商店的方式可以使賽靈思的客戶非常迅速、方便地評估，并且部署基于賽靈思硬件的解決方案和應(yīng)用，因為這本來一直都是我們的弱項。所以應(yīng)用商店對我們來說，真正實現(xiàn)的突破是能夠支持我們的客戶，使得客戶在認識到FPGA架構(gòu)的優(yōu)勢，只需要十分鐘就可以對有關(guān)的解決方案和應(yīng)用去進行評估和部署。這是一個非常大的突破，尤其是在客戶對于我們的解決方案和應(yīng)用的可獲得性和易用性方面?！?/p>

總之，無論是Vitis Networking和Vitis解決方案，還是SN1000，以及應(yīng)用商店，賽靈思都是希望突破企業(yè)和FPGA技術(shù)的壁壘，使FPGA更加簡單易用，使賽靈思的品能夠更加的普及化，更好地去廣泛服務(wù)企業(yè)。

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