01. Pensando的前世

Pensando創立于2016年，創始人為從Cisco離職的4位大佬級人物：Mario Mazzola、Prem Jain、Luca Cafiero和Soni Jiandani。他們的名字可能你不熟悉，但是他們提出的協議MPLS你一定不陌生（MPLS一說是取自他們的名字首字母），對這4位大神有興趣的話后臺私信我。這4位大佬在Cisco離職之后，創辦了Pensando?？梢哉f這是一家小而精的公司，其客戶覆蓋了高盛、NetApp、Equinix、HPE，從國際投行，到存儲和數據中心巨頭，明顯看得出來，客戶都是精挑細選，非常有針對性。

“它是一個軟件定義的分布式服務平臺，針對邊緣進行加速，始終安全，并面向云、企業以及服務提供商客戶”。

2019年10月，Pensando宣布Chambers擔任董事會主席，而這位Chambers，歷任Cisco，JC2 Ventures投資機構CEO，圈內地位可見一斑。

02. Pensando的今生

2022年4月，AMD宣布以19億美元收購DPU初創公司Pensando。如果說ZEN架構讓AMD翻身成功，那么收購Pensando，可以說是AMD在技術方面補齊了數據中心拼圖的最后一塊短板，個人認為，此舉不亞于NVIDIA在2019年收購互連芯片獨角獸廠商Mellanox。如果說Mellanox是打通了NVIDIA的GPU在數據中心中集群互連的任督二脈，那么AMD收購Pensando，也彰顯了其在加深計算（X86+Radeon）與數據處理（DPU）壁壘的野望。

Pensando產品上線之前的資料非常少，非常低調。目前根據AMD官網等網站資料顯示，最新的Pensando產品為“Giglio ”DPU。Giglio，是基于第二代AMD Pensando “Elba” DPU的一個功耗和性能優化芯片。它與其前身源代碼兼容，方便客戶替換和擴展。

03. Pensando的特性

Pensando可以在2 x 200Gb/s線速下提供了卸載各種數據中心網絡、存儲和安全服務的高級功能。它采用了一個由144個自定義匹配處理單元（MPU）組成的可編程P4流水線，與一個16x A72 ARM內核的組合，以及專用的數據加密和存儲卸載引擎，所有這些都通過專有的快速網絡芯片互連在一起。Giglio獨特的體系結構允許客戶以虛擬化、分布式且集中管理的方式創建高效、可擴展的解決方案，以部署豐富的軟件定義的網絡、存儲和安全功能集。

Giglio DPU允許實現復雜的流量處理和轉發算法，包括網絡虛擬化和安全性、數據包封裝/解封裝、內聯加密/解密和網絡地址轉換。

Giglio DPU架構支持狀態處理，可用于流監控、數據流感知安全策略實現、抵御DDoS攻擊等。

專用的卸載引擎可以無縫高效地處理各種加密和存儲算法中使用的計算繁重的操作，包括壓縮/解壓縮、校驗和、RAID和重復數據刪除哈希。

AMD Pensando DPU使用行業標準P4語言進行編程，有助于實現各種系統解決方案。它支持軟件定義的網絡和存儲協議，包括NVMe虛擬化和傳輸，并且其設計使開發人員能夠開發和部署新功能及修改以滿足產品生命周期中不斷變化的客戶需求。

Giglio DPU的形式因素和功耗配置旨在支持多種系統級實現，范圍從半高半長PCIe卡（可適合任何標準服務器的功率和制冷配置文件）到網絡和安全設備及智能交換機。P4可編程設計使這些應用程序能夠動態重新配置DPU內的數據處理。

Giglio DPU提供以下可配選項

Giglio DPU一些典型使用場景

04. Pensando的細節

根據目前可查到的比較詳細資料是來自Hot chips21的一篇paper，我們可以通過這篇paper來探討一下Pensando的內部架構細節

Asic block diagram

如上圖所示，Pensando架構可以大體上分為兩個部分，綠色的是內存事務層面，藍色的可以認為是網絡數據層面。

數據路徑

從網絡進入的數據包會在一個以太網MAC接口上被接收，并根據L2或L3服務類型（COS）被放入數據包緩沖區。數據包緩沖區提供“暫停吸收緩沖”和面向COS的仲裁，為P4入口流水線服務。與P4模型一致，數據包首先通過P4入口流水線進行流分類;如有組播或SPAN復制則返回數據包緩沖區;然后進入P4出口流水線應用例如網絡地址轉換、遙測等。完成網絡處理任務后，數據包可以被發送回以太網MAC端口，或者傳遞到ARM子系統或本地主機。

如果數據包被發送到ARM或本地主機，它必須根據ARM上運行的內核或用戶態驅動程序的需要進行處理。數據包通過第三個P4流水線，在那里它根據數據包的協議類型（以太網、RDMA、NVMe或新協議）運行另一個程序。與面向特定內核或用戶驅動程序的協議特定P4程序相關聯的一個重要優勢是能夠根據目標驅動程序的需求自定義描述符格式、完成事件、中斷方案和數據格式。

總之，網絡數據包進入ASIC，通過P4入口和出口流水線應用安全性和網絡服務，與目標接口和設備類型相關聯，并通過P4驅動程序接口程序傳遞。最終的數據包或數據緩沖區被傳遞到連接的主機、嵌入式ARM或集成的卸載引擎。主機發送的數據包通過PCIe MAC進入，由P4驅動程序接口程序處理，然后由P4入口和出口流水線處理以應用安全和網絡服務，之后通過以太網MAC發送出去。

硬件隊列管理

從網絡進入P4流水線的數據包或來自內部事件的數據包被放入硬件隊列。硬件隊列用于管理接口、數據流、連接和任何其他需要有序跟蹤和調度的對象。軟件可以配置高達1600萬個硬件隊列。每個隊列在基于DRAM的qstate記錄中存儲其當前狀態，包括已入隊對象的計數、指向入隊對象數組或鏈接列表的指針、連接狀態和對等信息，以及用于內存保護的進程ID。

使用doorbell機制觸發通知入隊新對象的事件，允許使用單個門鈴動作將一個或多個對象添加到任何隊列。隊列調度器將所有1600萬個隊列組織到一個DRAM數組中，提供優先級調度、最小/最大數據速率和加權輪詢調度可跨調度組使用。當調度一個隊列時，一個帶有已調度隊列ID和COS的PHV令牌被插入到分配的P4流水線進行處理。然后，TE訪問qstate數組，根據隊列類型和狀態啟動程序，這反過來從P4程序中的表中獲取排隊的對象和描述符。

Sixteen million queues

中心數據包緩沖區

多個獨立的P4流水線通過一個中心數據包緩沖區相互連接。數據包緩沖區是一個共享內存式交換架構，對多個服務等級具有虛擬輸出隊列以及增強的傳輸選擇調度。組播復制、SPAN（交換機端口分析器）隊列和網絡暫停緩沖由中心數據包緩沖區提供。此外，入口數據包突發溢出特性允許短期突發寫入DRAM內存的溢出區域。中心數據包緩沖區在數據包域中運行，而系統級芯片（SOC）在內存事務域中運行。P4 DMA引擎橋接這兩個域，將數據包轉換為內存事務。

PCIe端口和虛擬化

PCIe虛擬化硬件允許在SOC上運行的軟件配置呈現給主機的設備數量和類型，包括配置空間、BAR范圍和虛擬功能計數。這允許向不同進程呈現和附加多個網絡、存儲和主機可見的卸載設備。PCIe通道可以分叉為多個端口，每個端口可以作為虛擬端點交換機或root complex運行。如果配置了多個虛擬交換機端口，則多個主機可以通過單獨的PCIe通道附加并共享網絡服務，就像它們屬于每個主機本地一樣。內部ASIC COS緩沖資源在主機之間實施公平的隔離，防止影響相鄰主機。另一方面，如果將PCIe端口配置為root complex，則存儲設備（如NVMe驅動器）由SOC控制并虛擬化到本地和遠程主機。其他PCIe設備包括GPU和機器學習加速器也可以由ASIC控制。

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前兩代ASIC的性能

性能

上表展示了前兩代Pensando的性能，場景包括每個連接的狀態防火墻、每個流的遙測收集，以及ARM CPU管理連接建立/拆除而數據通路操作在P4流水線中處理。延遲和抖動是通過實驗室測試設備在線路上測量的。

與可用解決方案進行比較很困難，因為很少有發布具有相同服務特征的結果，但提供這些功能子集的解決方案顯示其交付的百萬數據包/秒 （MPPS） 僅為Pensando的一小部分。Pensando的每秒連接建立和跟蹤性能比可用解決方案高一個數量級，并接近大型多端口服務設備。

05. CONCLUSION

現代數據中心正面臨著在安全性、網絡、遙測、存儲和規模方面的需求，這些需求當前設備無法解決。Pensando開發了一個分布式服務架構來解決這些數據中心需求，同時基于針對特定領域的、開源的、許可寬松的P4語言提供了用戶可編程性。第一個兩代架構以16nm和7nm工藝實現為ASIC。