賽靈思(Xilinx)的數據中心業務,過去一年的年增長率達到24%,季度增長率達到92%。基于UltraScale+架構,賽靈思已經推出了Alveo四大加速卡系列(U50U200U250U280),在計算加速、存儲加速、網絡加速三方面助力數據中心的發展,同時也構建起龐大的數據中心系統,既有戴爾、HPE、浪潮、安富利等OEM合作伙伴、增值經銷商/分銷商,也有許多獨立軟件提供商。
現階段,不斷增長的聯網需求與不斷上漲的成本正在成為數據中心的新挑戰,基于此,賽靈思推出了Alveo家族最新的一體化SmartNIC平臺Alveo U25,在單顆器件上實現了一體化的網絡、存儲、計算加速能力,以提供更高的效率和更低的總擁有成本(TCO)。賽靈思大中華區銷售副總裁唐曉蕾(Maria Tang)、數據中心事業部產品及平臺營銷副總裁Donna Yasay,共同介紹了這一創新平臺所傳遞的價值。
賽靈思大中華區銷售副總裁唐曉蕾(Maria Tang)
賽靈思數據中心事業部產品及平臺營銷副總裁Donna Yasay
賽靈思數據中心事業部產品及平臺營銷副總裁Donna Yasay
數據中心的聯網危機
數據中心正在面臨聯網危機,云基礎設施飽受服務器I/O所造成的數據瓶頸的困擾。首先,進出數據中心聯網的流量在迅速增長,內部的橫向流量年負荷增長率在25%以上。其次,隨著網絡數據爆炸式地增長,額外的工作涌入云數據中心服務器,大量地擠占了CPU資源。邊緣的一級云服務商(如亞馬遜、微軟)多年前已經注意到了這個問題,采取將聯網功能轉移到SmartNIC上的做法來為CPU減負,但是,由于超出80%的云服務器節點目前無法提供 SmartNIC 接入,因此聯網卸載一時難以實現。端口的聯網問題為何會如此嚴峻?這是因為端口基于的是模擬技術和調制技術的創新,速度持續以幾何級倍數增長,將遠超摩爾定律和Dennard縮放比例定律(Dennard’s scaling)計算周期速率。如果這一問題沒有得到足夠的重視,未來將越來越嚴重,甚至導致服務器中所有CPU資源遭到擠占,而無暇顧及應用級處理。
Donna Yasay補充,一些云服務器廠商并非不需要對服務器上的聯網功能進行卸載,他們通常仍在采用傳統的NIC,特別是二級、三級云服務廠商,沒有足夠雄厚的研發資源,很難通過一己之力采用SmartNIC并做到大規模部署。因此,他們更加需要現成的、便捷的、開箱即用的解決方案。
SmartNIC究竟“Smart”在哪?
事實上,早有業內人士預測,SmartNIC將成為主流的云計算技術。對裸機云和安全性的需求,將推動軟件定義的功能進入可編程SmartNIC中,而非增加昂貴的通用服務器CPU。市場調研機構Dell’Oro集團研究總監Baron Fung表示:“預計到 2024 年,SmartNIC 市場規模將超過6億美元,占據全球以太網適配器市場的23%。隨著云服務提供商的縱向擴容,他們正在不斷增加 SmartNIC 的部署,以便為業務應用釋放寶貴的CPU核,優化服務器利用率。而電信服務提供商則是另一大具有強勁增長潛力的市場,他們正考慮將 SmartNIC 從核心網集成到邊緣網,為 NFV 和 AI 推斷等應用提供服務。”
基于 FPGA 的Alveo U25 SmartNIC迎合了這一不斷增長的市場機遇。據介紹,Alveo U25是業界首款“一體化 SmartNIC 平臺”,通過將高度優化的 SmartNIC 平臺與FPGA引擎相結合,實現了全可編程與一站式加速應用,可用于業界具有一定挑戰的需求與工作負載中,如:SDN、虛擬交換、NFV、NVMe-oF、電子交易、AI推斷、視頻轉碼和數據分析等。
為什么能夠做到一體化的平臺加速?Donna Yasay介紹了來自FPGA的核心屬性:計算應用方面,FPGA在機器學習、推斷數據庫、加速視頻轉碼等方面表現突出;聯網方面:能夠迅速進行信息包的處理和查詢;存儲方面,能夠支持如壓縮、加密和重復數據的刪除等工作。
此外,還有FPGA靈活應變的特性,云服務商不論是開發新功能還是進行擴展,都比ASIC產品更有優勢。
與基于SoC的NIC相比,Alveo U25 SmartNIC 平臺可以提供更高的吞吐量和更強大的靈活應變引擎,支持云架構師快速為多種類型的功能與應用提速。Alveo U25支持“bump-in-the-wire (線纜內的塊)”式無縫嵌入網絡、存儲和計算卸載及加速功能,可以避免不必要的數據傳輸和 CPU 處理,從而最大限度提高效率。而這也顯著降低了 CPU的負擔并釋放更多資源,以運行更多應用。嵌入式 ARM 處理器提供了獨特、關鍵的控制層處理功能,可以支持新興的裸機服務器用例。基本型NIC可提供超高吞吐量、小數據包性能與低時延。標準型全功能 NIC 解決方案與驅動程序采用獲得專利的 Onload應用加速軟件,時延降幅高達80%,并且在云應用中為基于傳輸控制協議( TCP )的服務器應用提高了效率,最高可達 400%。
Alveo U25 所提供的首個開箱即用型加速應用,是對 Open vSwitch ( OVS )卸載與加速的支持。這個即插即用型解決方案將從服務器卸載90%以上的 OVS 處理,從而將數據包吞吐量提升 5 倍以上。
未來,賽靈思還計劃推出針對安全功能的一站式解決方案,這些安全功能諸如 IPSec、SSL/TLS、AES-256/128,同時還有分布式防火墻和 AI 推斷。目前,Alveo U25 SmartNIC 平臺正為早期試用客戶提供樣品。預計將于 2020 年第三季度開始批量供貨。
針對高性能電子交易環境與企業級數據中心,賽靈思還推出了XtremeScale X2562 10/25Gb 以太網適配器卡,該卡符合 OCP Spec 3.0 外形尺寸規格,可提供亞微秒級時延、高吞吐量,以及可將實時數據包和信息流連接到數千個虛擬 NIC 的超大規模連接能力。X2562 目前已經開始提供樣品,將于 2020 年第二季度批量供貨。
同時發布的還有基于 FPGA 的開放計算加速器模塊( OAM )的概念驗證板。該夾層卡基于賽靈思UltraScale+ VU37P FPGA 并搭載 8GB HBM 存儲器,符合開放加速器基礎設施( OAI )規格,可支持七條 25Gbps x8 鏈路,為分布式加速提供了豐富的模塊間系統拓撲。
一站式軟硬件協同的加速平臺
根據Dell'Oro最新報告,整體控制器和適配器市場將以7%的年復合增長率增長,其中25Gbps和100Gbps的銷售將是主要增長驅動力。同時,SmartNIC市場的年復合增長率將達到25%,這為適配器供應商提供了以更高價格推出創新產品的機會。反過來,這可以降低數據中心TCO。唐曉蕾表示,在Alveo系列產品研發和推出策略上,賽靈思從客戶TCO角度來分析,希望能真正解決數據中心客戶的痛點。數據中心需要加速卡是確定趨勢,隨著摩爾定律的終結、數據的指數級爆發,數據中心對加速卡的需求會越來越大,現在僅是黎明開始的階段。未來加速卡的市場格局分布,可以從幾個維度看待:一是計算,特別是在云端上要去努力提升;二是網絡方面,實現可擴展性、可視化、智能化;三是存儲,在帶寬的占用、成本方面,加速卡發展潛力很大。
為什么要推出平臺型的產品?唐曉蕾表示主要是希望企業在數據加速方面能夠更快面向市場。Alveo U25與賽靈思去年推出的Vitis統一軟件平臺是有機結合。由于之前FPGA開發有一定的門檻,而隨著數據中心應用場景的不斷擴展,新的客戶群體在增加,必須在軟硬件協同做更多提升,才能讓整個客戶群體受益。Alveo U25實現了一站式加速應用,可以助力非一級云數據中心運營商更加方便地部署,同時,還支持賽靈思和獨立軟件提供商提供的一站式應用。其編程模型既支持 HLS 和 P4 等高級網絡編程抽象,也支持 Vitis統一軟件平臺等計算加速框架,以便實現賽靈思和第三方所提供的加速應用。
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