消息 在9月25日举办的“2021中国智能网卡研讨会”上，中国移动研究院数据中心网络项目经理王瑞雪女士分享了“运营商智能网卡部署场景探索及思考”。
智能网卡的应用场景和选择
关于虚拟化技术发展，最早是单服务器虚拟化，单服务器内物理资源共享、逻辑隔离，但没有实现跨节点共享、弹性资源收缩，后来逐步演进到资源池化，也实现了资源池内计算网络存储的虚拟化，通过云管平台进行统一调度，实现整个资源的共享。
期间也面临挑战，一，如何降低虚拟化本身带来的损耗来提升服务器的性能、业务性能将成为后续整个运营商数据中心演进的趋势。
二，近些年运营商云化的业务越来越多，5G核心网、4G核心网都在做云化的改造，数据中心的流量每年会以25%的速度增长，未来可能会变成100G接入；后摩尔定律时代，CPU 计算能力增速低于网络传输速率增速，且差距持续增大，将网络功能卸载到可编程硬件的需求愈发急迫。
以24核计算型服务器为例，网络功能占用6个core，虚拟化功能占用1个core，可用于VM的core数量为17个，可用CPU资源比例为70%。当网卡升级到100G时，CPU资源基本都被占用，算力资源基本不可用。
基于此，受市场需求的强驱动，在服务器侧引入智能网卡，将网络、存储、操作系统中不合适CPU处理的高性能数据处理功能卸载到硬件芯片执行，提升数据处理能力，释放CPU算力。
智能网卡能做什么？王瑞雪介绍，智能网卡主要有五大应用场景：1）网络、存储等功能卸载，释放可用CPU资源，提高对外服务能力，增产增收；2）DPDK、SPDK和RDMA等技术集成，通过各种KernelBypass技术，在用户态完成业务处理，提高服务器性能，硬件替代CPU完成专业设备NFV后处理逻辑，实现硬件加速；3）针对特定业务逻辑进行硬件加速；4）解决裸金属存储网络的安全隐患，存储网络信息不再暴露给到用户权限界面之内，从而解决原有安全隐患；5）业务端到端网络可视化，将观察点从硬件交换机延伸到主机侧，实现网络端到端网络运维可视化。
王瑞雪指出，目前市场上加速芯片有多种选择，单一加速芯片难以满足复杂多样的加速场景，因此需要综合考虑业务需求、芯片能力以及加速芯片的产业成熟度、功耗等，选择适合的加速芯片，以达到更好的加速效果。
目前业内主流网卡分为四类：1）SOC是通过CPU上做业务功能加速，更适合业务初期，网络业务需求不是完全固定，这个过程中可编程和灵活性会更强一点。2）NP现在用的比较少，后续可能不是智能网卡主流的演进趋势。3）目前用的比较多的是FPGA+CPU，可编程、灵活性比较高，时延和功耗适中。4）ASIC芯片性能高，功耗低，成本也比较低，但灵活性也比较差，适合用在需求相对比较明确的时候，用ASIC来降低成本和功耗。
5G时代运营商网络演进趋势
“5G时代，运营商网络正在从自动化向智能化演进，从聚焦业务快速发放向数据高效处理、网络高效运维转变。大网上也是这样的趋势，数据中心网络也需要配合骨干网去做配套的演进。”王瑞雪表示。
具体表现在大带宽、低延时、可视化运维和NFV上所产生的影响。
一是大带宽的变化，数据驱动网络带宽以几何级数增长， 接口速率向100G接入400G汇聚演进；二是低时延的影响，分布式数据中心架构，我们希望算力向边缘移动，降低成本，同时降低功耗；三是可视化运维影响，业务端到端网络流量可视化，端到端，不仅是虚机到虚机未来是需要跨骨干网的虚机到虚机的实现智能化、精细化运维；四是NFV，对运营商网络比较特殊，尤其是5G时代，控制面网元已全面实现NFV化，这种网元对性能要求不是很高。未来随着虚拟化进度不断加深，会在边缘板、UPF、DPI、BRAS-U也做虚拟化，并逐步实现软硬解耦灵活弹性，这个过程中它对性能的要求不断增高，现在技术还没有办法满足。
运营商网络引入智能网卡后，可实现网络、存储、运维、业务能力卸载。
具体来讲，在网络功能卸载方面，持续向大规模、大带宽演进。中国移动IT云和网络云均采用混合SDN方案，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。
在存储功能卸载方面。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。
在运维能力卸载方面，满足业务网络端到端可视化的需求。传统SNMP协议，无法反映路径、丢包、时延等真实网络状态；随着VxLAN、RDMA等协议部署，网络转发行为愈发黑盒。引入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。
在业务功能卸载方面，满足高性能网元虚拟化的需求。5G时代用户面网元大量下沉到边缘，以满足低时延、大带宽的业务需求，同时通过NFV技术，提升网元部署的灵活性，实现软硬件解耦；相对于传统专用硬件，虚拟化用户面网元采用CPU处理业务逻辑，导致网络功能受限、处理性能低。因此，UPF虚拟化采用智能网卡加速业务处理已成为业内主流方案。
演讲最后，王瑞雪表示，运营商网络引入智能网卡同样也面临着挑战，主要有两点：一是标准化待成熟，引入面临解耦压力。
运营商网络功能都是标准化的，而智能网卡的标准化还不够成熟。目前仅OVS转发面卸载，面临很强的解耦压力，还不能称为真正意义上的解耦。多云多业务场景需适配不用类型智能网卡，随着逐步引入存储功能卸载、业务功能卸载、运维功能卸载后，会迎来越来越多的异厂家、异构智能网卡及解耦场景。后续如何实现解耦标准化工作，是后续运营商落地智能网卡的关注点。
二是如何进行集成度、灵活性、可靠性取舍。如果将多个业务放在一张网卡上，实现高集成度、低成本，就有可能出现单网卡端口密度高、单网卡故障影响范围大的后果，影响运营商网络的高可靠和安全性。
王瑞雪表示，运营商引入智能网卡，将考虑其演进方向，为多业务场景提供灵活的功能，并将测试相关技术规范，助推智能网卡产业发展。
