電子發燒友網報道（文/張慧娟）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%。基於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繫統，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，基於此，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）（左）、
賽靈思數據中心事業部產品及平臺營銷副總裁Donna Yasay（右）
數據中心的聯網危機
數據中心正在面臨聯網危機，雲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，額外的工作湧入雲數據中心服務器，大量地擠佔了CPU資源。邊緣的一級雲服務商（如亞馬遜、微軟）多年前已經注意到了這個問題，採取將聯網功能轉移到SmartNIC上的做法來為CPU減負，但是，由於超出80%的雲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？這是因為端口基於的是模擬技術和調製技術的創新，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）計算週期速率。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資源遭到擠佔，而無暇顧及應用級處理。
Donna Yasay補充，一些雲服務器廠商並非不需要對服務器上的聯網功能進行卸載，他們通常仍在採用傳統的NIC，特別是二級、三級雲服務廠商，沒有足夠雄厚的研發資源，很難通過一己之力採用SmartNIC並做到大規模部署。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將成為主流的雲計算技術。對裸機雲和安全性的需求，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，佔據全球以太網適配器市場的23%。隨著雲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。”
基於 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，可用於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。
為什麼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、加密和重複數據的刪除等工作。
此外，還有FPGA靈活應變的特性，雲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。
與基於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，支持雲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的負擔並釋放更多資源，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採用獲得專利的 Onload應用加速軟件，時延降幅高達80%，並且在雲應用中為基於傳輸控制協議（ 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，同時還有分佈式防火牆和 AI 推斷。目前，Alveo U25 SmartNIC 平臺正為早期試用客戶提供樣品。預計將於 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，將於 2020 年第二季度批量供貨。
同時發佈的還有基於 FPGA 的開放計算加速器模塊（ OAM ）的概念驗證板。該夾層卡基於賽靈思UltraScale+ VU37P FPGA 並搭載 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，為分佈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%的年複合增長率增長，其中25Gbps和100Gbps的銷售將是主要增長驅動力。同時，SmartNIC市場的年複合增長率將達到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佈，可以從幾個維度看待：一是計算，特別是在雲端上要去努力提升；二是網絡方面，實現可擴展性、可視化、智能化；三是存儲，在帶寬的佔用、成本方面，加速卡發展潛力很大。
為什麼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。由於之前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，可以助力非一級雲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。
閱讀更多 核芯產業觀察 的文章
