智能网卡是什么？智能网卡有什么用？

【智能网卡】本文主要是介绍了智能网卡的相关信息，包括智能网卡是什么，智能网卡方案架构，智能网卡的应用场景等。

发布时间：2022-03-30
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引言

在需要更快的网络速度，更大的存储空间，更强的数据处理时代，传统网卡在计算能力，使用灵活性等方面在业务需求面前愈发无力。后摩尔时代，为能够满足存储、计算、数据中心网络处理需求，减轻CPU负担，提高计算效力，具备计算能力，灵活可编程的智能网络设备——智能网卡(smart network interface card, SmartNIC) ,应运而生。

智能网卡是什么

智能网卡是什么？从字面来看，就是网卡+智能，那我们先来看网卡是什么？

网卡，也叫网络接口卡（network interface card，NIC），是一种连接网络和服务器的网络硬件设备，方便网络数据传输与通信。

智能网卡（smart network interface Card，SmartNIC），是一种灵活可编程的网卡，与服务器配合使用。智能网卡因为具备了计算能力，为了释放CPU算力，它将担负网络、安全、存储中不适合CPU相关的数据处理功能卸载到可编程硬件芯片执行，降低CPU的消耗，使服务器能够更有效运行关键应用程序和操作系统，优化业务数据处理整体效力。

智能网卡方案架构

在业界，不同业务场景对于智能网卡的选择也不尽相同。本文主要从核心处理器的选择上对智能网卡的技术架构进行介绍。目前，智能网卡的核心处理器设计主要有三类，分别是基于SOC，FPGA和ASIC的设计。

基于SOC的SmartNIC，是一种多核CPU方案，可编程和灵活性更强，但转发性能弱，因此基于SOC的SmartNIC在10G时代得到了很好的应用，随着数据中心中的以太网数据速率从10G上升到25G、100G甚至更高时，这种方案的智能网卡就难以跟上；基于FPGA的SmartNIC，是一种FPGA/CPU+FPGA方案，具备低延时、低功耗优势，主要适用于网络转发等并行计算场景，用于解决数据中心商用服务器满足不了快速增长的业务需求和灵活性不足问题，但FPGA采用硬件语言，开发难度相对高一些；基于ASIC的SmartNIC，在一定程度上具备卸载CPU处理能力和可编程性。其硬件可以根据客户需求定制，性能和计算效率较高，因开发成本昂贵，生产周期长，导致灵活性较差。

目前，锐捷网络推出的湛卢1000是基于FPGA +高性能X86处理器的2*25G以太网智能网卡，提供PCIe Gen3.0 x16通道接口。FPGA实现OVS快速转发路径，配合SoC的OVS慢路径下发硬件流表，实现数据包高速转发。SoC可以实现OVS慢路径、SPDK、vSwitch、Ironic agent以及数据中心标准、私有协议，为客户提供高效、灵活、可编程的数据中心解决方案。

场景应用

在互联网行业，智能网卡在数据中心应用十分广泛。智能网卡具体可用于数据传输、虚拟交换、数据安全和数据存储等场景。根据数据加密/数据解密、数据分组检测及存储功能的实现，智能网卡可分别应用于云安全、防火墙/安全组和云存储；根据数据分组查表的功能实现，智能网卡的可应用于虚拟路由/虚拟交换机。

基于市场需求及技术先进可落地，锐捷网络面向裸金属场景，实现网络功能及云管理组件等卸载，简化裸机发放流程，提升网络性能。主要功能如下：

1、将vSwitch与Ironic agent卸载到智能网卡SoC上运行，在智能网卡上实现卸载Open flow流表功能，利用硬件转发解决软件转发瓶颈问题。

2、通过快速通道直接对外通信，缩短了网络处理路径耗时，减少CPU消耗，降低时延；

3、将云管理组件卸载至智能网卡中，实现裸机与虚拟机同样的发放与管理流程，实现裸机快速发放、迁移、云盘启动等功能，简化客户配置。

4、通过各种Kernel Bypass技术，在用户态完成业务处理，提升服务器性能，同时针对特定业务逻辑，让硬件替代CPU完成专业设备NFV后处理逻辑，实现加速处理；

5、在安全性上，存储信息不再暴露给到用户权限界面之内，从而解决存储网络的安全问题；

6、将观察点从硬件交换机延伸到主机侧，实现业务端到端运维可视化。

结论
湛卢系列智能网卡是锐捷网络推出的第三代智能网卡，为数据中心服务器提供高性能的网络功能，例如安全组、虚拟交换、虚拟机及裸金属服务器的网络存储卸载，释放CPU算力，提高服务器整体性能，降低TCO。

锐捷网络提供多种灵活的软件适配方案，可以帮助用户快速实现各种场景下的智能网卡应用。

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