DPU智能网卡的演进之路

什么是智能网卡（SmartNIC）？

后摩尔时代，CPU算力增长无法跟上数据中心网络传输的增长速度，而且在高带宽和更加新型的传输体系下，网络功能处理同时也越发复杂。

VXLAN等Overlay协议，以及OpenFlow、Open vSwitch（OVS）等虚拟交换技术的引入，使得基于服务器的网络数据平面的复杂性急剧增加；网络接口带宽的增加意味着在软件中执行这些功能会给CPU资源造成难以承受的负载，留给运行应用程序的CPU资源很少或根本没有。传统网卡固定功能的流量处理功能无法适应SDN、云和虚拟化部署的需要，市场对网络功能卸载到可编程硬件的需求愈发急迫。

智能网卡SmartNIC 技术诞生的初衷就是以比普通CPU低得多的成本实现对各种虚拟化功能的支持，在服务器侧引入智能网卡，可以将网络、存储、操作系统中不适合CPU处理的高性能数据处理功能卸载到硬件执行，提升数据处理能力，释放CPU算力。（例如：OVS卸载/VXLAN终结、TCP卸载、GRE/GTP等隧道封装/解封装、可靠UDP、5G UPF加速等；安全加速如IPSec、SSL、XDP/eBPF、vFW/vLB/vNAT、DPI、DdoS防御等；存储加速如NVMe-oF（TCP）、压缩/解压缩等。）

智能网卡（SmartNIC）在公有云数据中心/IDC，超算、高性能存储等场景的应用

星融元小编认为，目前来说最广泛应用的行业是公有云服务商，因为其本身具有自研能力，通过大规模部署智能网卡，降低CPU开销，提升网络性能；另外在金融行业、以及有AI、超算集群，高性能存储需求的行业，通过提升服务器网络转发性能，降低网络时延。

网络功能卸载

不少采用混合SDN方案的数据中心IDC，例如中国移动IT云和网络云，面向不同业务提供虚拟机或裸机部署能力，面向虚拟化场景，引入智能网卡突破提升vSwitch转发性能和数据处理能力；面向裸机场景，引入智能网卡构建弹性裸金属服务。

存储功能卸载

存储功能卸载包括云盘挂载卸载和高性能存储协议卸载，前者通过支持virtio-blk，提高存储访问灵活性和安全性；后者面向边缘计算视频加速、CDN等场景，进一步提升存储协议处理性能，构建端到端低时延网络。

运维能力卸载

当前硬件交换机及vSwitch实现仍存在限制，采样性能及精细化程度受限。引入智能网卡，将vSwitch采样点下沉到服务器智能网卡，实现真正实现业务端到端网络可视化，降低CPU消耗。

传统的智能网卡（SmartNIC）和DPU架构的Helium智能网卡（DPU网卡）的区别

图源：未来网络学院

1、传统网卡

传统的网卡基于ASIC硬件架构实现，仅实现数据链路层和物理层的功能，由端系统CPU负责处理网络协议栈中更高层的逻辑，CPU按照网络协议栈中传输层、路由层的逻辑，负责数据包的封装和解封；网卡则负责更底层的数据链路层帧的封装和解封，以及物理层电气信号的相应处理。

2、智能网卡

智能网卡在硬件架构的实现上主要有ASIC、 FPGA、SoC、DPU等架构，其中ASIC、 FPGA主要是实现转发面的卸载；而SoC、DPU可以实现控制面和转发面的全卸载，DPU（Data Processing Unit）是以数据为中心构造的专用处理器，采用软件定义技术路线支撑基础设施层资源虚拟化，支持存储、安全、服务质量管理等基础设施层服务。DPU智能网卡是一个具有加速能力并可卸载服务器（或存储服务器） CPU 功能的网络适配器。DPU 智能网卡使用其板载的处理器，来执行任何加密/解密、防火墙、TCP/IP 和HTTP 网络处理不同任务的组合，非常适合于高流量的网络服务器。

3、星融元Helium DPU卡

星融元Asterfusion自主研发的Helium DPU卡是基于高性能DPU芯片设计，符合PCle及以太网协议，提供PCle x 16 Gen4.0通道接口并支持高达100Gbps多功能业务处理能力。此外还提供了底层基座操作系统FusionNOS-Framework和开发套件；客户可以此为基础，直接开发上层应用程序，从而加速应用的开发和移植进度。

网络接口：4 x 25GE SFP28

主机接口：PCIe x 16 Gen4.0

管理口：1 x Console Micro USB, 1 x GE RJ45

网络接口：2 x 100GE QSFP28

主机接口：PCIe x 16 Gen4.0

管理口：1 x Console Micro USB, 1 x GE RJ45