智能手機似乎迎來了“智能”化的時代，并掀起了物聯(lián)網（IoT）革命。那么，是什么讓 SmartNIC 實現(xiàn)了智能化？是硬件、編程還是其他什么？

網絡接口卡（NIC）自 20 世紀 80 年代中期第一臺 PC 推出后不久便開始投放市場，但我們在過去的幾年里才看到 SmartNIC 的出現(xiàn)。這一市場上的每家公司對 SmartNIC 產品的細分市場都有著不同定義。最基本的定義就如同一個可編程的 NIC 一樣簡單。

反之，其他公司則通過在其實現(xiàn)方案中使用大量芯片和固件來使這一概念復雜化。不過，歸根結底，通常人們會將其定義成一個 NIC，它包括向客戶開放額外的可用計算資源，以及利用這些資源所必需的開源工具。

智能手機剛剛問世時，許多人都已經擁有手機。然而十年后，幾乎所有人的手機都是智能手機。為什么會這樣？這并不是因為人們都厭倦了《貪吃蛇》，想換成《糖果粉碎傳奇》玩一玩。他們看到了一個集手機、相機和移動計算功能為一體的平臺所能帶來的價值，在這個平臺上，他們可以管理社交媒體、通過電子郵件與辦公室保持聯(lián)系，以及做許多十年前未曾想過的事情。絕大多數(shù)智能手機用戶永遠都不會編寫任何一行代碼，而他們也不必這樣做，因為應用商店里早已有上千萬的應用可供他們選擇。

從服務器 NIC 發(fā)展為 SmartNIC 會遵循相似的路線，但是過程更為短暫。如果 SmartNIC 僅僅只能傳遞數(shù)據(jù)包而無法進行其他操作，那就毫無意義。而如果要使其成為一個 SmartNIC，就需要未經分配的額外計算資源，并且需要分配代碼空間來充分利用這些資源。

2002 年，3Com 推出了一款帶有防火墻的 10/100Mbps 以太網 NIC。它使用3Com 的 3XP 處理器，并配備額外的存儲器來完成這項任務。這已經是近 20 年前的事情，現(xiàn)在千兆位以太網已經開始得到廣泛應用。盡管如此，如果處理器和存儲器都完全用于防火墻應用，那它就是一個專用的安全產品，而非一個 SmartNIC。如果 3Com 開放了編程接口并出售無防火墻的版本，它們本應成為最早的 SmartNIC。他們本該提前二十年就開啟 SmartNIC 時代，當時 10/100M 網絡已處于應用曲線的衰落期，絕不應該在這個門類上推出新產品。最后，3XP 作為處理器的處理能力太低，無法應對 1GbE，因此在速度達到 1GbE 時棄用 3XP 是正確的做法。如今，數(shù)據(jù)中心 NIC 廣泛采用 25GbE，甚至進一步擴展到 100GbE。

當今數(shù)據(jù)中心的網絡容量為 25GbE，并迅速發(fā)展到 50GbE 和 100GbE，因此需要認真考慮 SmartNIC 上的其他計算資源。傳統(tǒng)觀點認為，應保留諸如 ARM 這樣的傳統(tǒng) CPU 核用于控制平面管理，并在極少數(shù)情況下保留異常流處理。控制平面管理就如同 ARM CPU 核，可以造就優(yōu)秀的警官，但只能造就糟糕的交警。目前，數(shù)據(jù)中心 NIC 每秒可處理數(shù)百萬甚至超過一億個網絡數(shù)據(jù)包。ARM CPU 核，即便是頻率為 3Ghz 的內核，都無法勝任每秒對數(shù)百萬個數(shù)據(jù)包進行檢查與處理。因為它每秒沒有足夠的指令來與這些數(shù)據(jù)保持同步。業(yè)界需要采用特定用途的計算資源來處理這些數(shù)據(jù)，如專用網絡處理器、現(xiàn)場可編程門陣列（ FPGA ）或 GPU 核等。

在這一領域，F(xiàn)PGA 作為可編程邏輯的特性使其最適合這項任務。FPGA 可以被配置用于快速解析網絡數(shù)據(jù)包報頭，甚至是分析正文，然后從丟棄的數(shù)據(jù)包中采取必要操作，進行封裝或完全以線速更改內容。賽靈思 Alveo U25 加速器卡就是基于 FPGA 的 SmartNIC 的一個絕佳例子，它還同時包括 ARM 組合體及網絡處理器。因此，盡管某些 SmartNIC 聲稱它們能利用 ARM CPU 核處理數(shù)據(jù)流，但是潛在的數(shù)據(jù)量并進行計算仍應考慮在內。

接下來的主要問題是如何讓 SmartNIC 的編程接口公開提供。如上所述，智能手機取得成功的關鍵在于其應用的可用性。Myricom 首次亮相是其 Myrinet 10G 系列網絡產品在超級計算 2005 大會上公開亮相，其第一代 10GbE 產品就可稱為 SmartNIC。當時，為 Myricom 的 NIC 提供動力支持的 Lanai10G 芯片曾是一個網絡處理器，其 FLASH 中的固件空間用于編程，而高速 SDRAM 則用于數(shù)據(jù)存儲。Myri-10G NIC 可支持三種工作模式：10G 以太網、Myrinet-10G 或基于以太網的 Myrinet Express （ MXoE ）。在接下來的幾年中，固件被加入以支持線速捕獲、存儲包加速和交易加速。這與我們對 SmartNIC 定義并不相符，因為編程環(huán)境從未公開供外部采用。Myricom 對此有眾多正當解釋，比如，它是一種類似于“C”的語言，很難編寫，甚至更難調試。然而，這些原因都已不再重要。

有人可能會說，Tilera 的產品是第一款高性能的 SmartNIC，但是這種說法也不成立，因為他們拒絕公開提供編程接口和工具。2013 年春季，Tilera（后來成為 Mellanox Bluefield）堅定要求對訪問其 SmartNIC 編程環(huán)境以及了解如何使用所需的相關課程進行收費。因此，它的采用率極低，應用開發(fā)也受到影響，市場接受度更近乎為零。一個向開發(fā)者收取訪問費用的硬件平臺充其量只能取得有限的成功。隨著開源軟件和 GitHub 等資源庫的廣泛采用，開發(fā)者期待這些工具能夠免費使用。

最后，為了使 SmartNIC 取得巨大成功，他們需要一個用于 SmartNIC 應用的集中資源庫，也就是一個 App Store （指應用商店）。獨立的第三方應用開發(fā)者可以在其中提交他們的代碼，并在安裝或執(zhí)行代碼時獲得相應報酬。然后編目、發(fā)布并推向市場。如果沒有應用商店，用戶只能從 NIC 提供商處購買應用，或從第三方供應商處搜尋并購買應用。試想一下，如果您必須從第三方網站購買智能手機的每一款應用，那么這種模式并不能算得上有多成功。我們已看到博通、英特爾、邁絡思和賽靈思等公司開發(fā)的新一代 SmartNIC，而這些產品都可以充分利用廣泛的計算資源。這些公司終于迎頭趕上，為其環(huán)境發(fā)布編程工具，而第三方也正開始為他們的平臺進行編程。

作者介紹 姓名：Scott Schweitzer職位：賽靈思技術布道者個人簡介：自從當年通過 TRS-80 計算機入門編程的世界，Scott 便成為了一名忠實的科技信徒。他曾為 IBM、NEC、Solarflare 以及現(xiàn)在的賽靈思編寫過產品級的軟件產品，構建過硬件產品，并擔任過程序管理職務。在從事單插槽計算平臺工作 20 年后，Scott 于 2003 年加入 NEC，管理其新推出的英特爾安騰（Itanium）多核 64 位超級計算服務器。自此，他一直都在該領域繼續(xù)深耕。 2005 年，Scott 開始重點研究超級計算與超高性能聯(lián)網聚類這兩大領域。隨著 10GbE 的普及，他推出了廣受歡迎的 10GbE.net 博客。在 2017 年市場風云變幻之際，Scott 將 10GbE.net 打造成了一個每月?lián)碛袛?shù)千次頁面瀏覽量的技術傳播博客，同時還附帶一個播客。Scott 在賽靈思的職責是與合作伙伴一起探尋新的加速機遇并定義創(chuàng)新解決方案。

原文標題：是什么讓 SmartNIC 實現(xiàn)了智能化？

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