隨著云不斷為增強本地數(shù)據(jù)中心助力，在友商云集、競爭激烈的云服務提供商行業(yè)，提供質高價優(yōu)的服務正變得日益重要。為始終做到讓客戶滿意，云服務提供商必須能夠提供低成本、高性能的云服務，而這些服務通常要求使用配備了高速處理器、存儲和網絡連接組件的基礎設施。

云服務提供商的利潤取決于單個 CPU 可實現(xiàn)的收益。這或者通過云計算服務直接變現(xiàn)來實現(xiàn)，或者通過以服務形式交付的云原生應用來實現(xiàn)。日益提高的網絡速度使這一情況愈發(fā)復雜，因為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心架構要求使用寶貴的服務器 CPU 內核來處理網絡開銷任務。盡管部分基礎網絡接口控制器 （NIC） 可從服務器 CPU 卸載一定量的數(shù)據(jù)包處理任務，但在網速不斷攀升、本地和分離式存儲需求持續(xù)增加、新的安全和管理層紛紛涌現(xiàn)的情況下，提高卸載能力勢在必行。除此之外，當網絡速度提升至 100 Gbps時，由于數(shù)據(jù)中心完全依賴 CPU 內核來執(zhí)行日益復雜的網絡功能，其整體性能很有可能會受到影響。

FPGA 是多代微軟 Azure SmartNIC 基礎設施的核心組件，為我們提供了靈活且具差異化特點的高性能解決方案。很高興看到英特爾更進一步，推出英特爾 FPGA Smart NIC C5000X 平臺，以突破性創(chuàng)新持續(xù)引領行業(yè)發(fā)展。全新平臺將有利于云服務提供商通過在數(shù)據(jù)中心集成 FPGA 技術來提升效率，并以更加靈活的方式滿足自身的需求。

——Derek Chiou，微軟合作伙伴架構師

基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 可通過卸載服務器 CPU 部分網絡功能，幫助數(shù)據(jù)中心提高性能，進而增大網絡吞吐量并降低時延。此外，這種 IPU 還可以自定義，通過卸載服務器 CPU 的網絡管理和安全功能，幫助提高數(shù)據(jù)中心的自動化和安全水平。通過在數(shù)據(jù)中心部署基于英特爾 FPGA IPU C5000X平臺的IPU，云服務提供商可在增加單個CPU利潤的同時，實現(xiàn)切實可見的性能增益。

借助基于英特爾 FPGA IPU C5000X平臺的 IPU提升服務器 CPU 利用率和性能

基礎 NIC 與當前數(shù)據(jù)中心架構中常見的 NIC 一樣，都是基于專用集成電路 （ASIC） 的網絡設備。盡管這些 NIC 已成功使用數(shù)十年，但它們的功能相對固定，且專門用于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包處理。這會將現(xiàn)代高速云數(shù)據(jù)中心大部分的網絡和存儲開銷重擔放在服務器CPU 身上?？捎脕韴?zhí)行創(chuàng)收任務的 CPU 周期不得不分配去處理基本的網絡和存儲基礎設施開銷。而隨著網速的提高，又需要增加 CPU 才能及時應對這種局面。

基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 可將網絡開銷處理、存儲、加密等安全功能以及網絡管理等功能卸載至專用 FPGA 和英特爾 至強 D 處理器并實現(xiàn)速度提升，因此具有更高的可編程性和靈活性。

通過從服務器 CPU 內核卸載上述功能，基于英特爾 FPGA IPUC5000X 平臺的 IPU 不僅可以提供更多基礎設施處理功能、支持更高的網絡速度，還能夠將 CPU 內核留給那些可實現(xiàn)創(chuàng)收的應用。釋放高性能 CPU 內核還意味著云服務提供商可以更加高效地管理資源，并為客戶提供更具競爭力的服務級別協(xié)議 （SLA）。

圖 1. 基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 可通過提高網絡吞吐量、降低時延、加大服務器 CPU 利用率，幫助提升數(shù)據(jù)中心性能。

以自定義軟件解決方案拓展 IPU 功能

基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 之所以更為靈活，部分原因是它非常像基礎 NIC，能夠部署在開箱即用的配置中。而隨著云數(shù)據(jù)中心功能要求和標準的不斷演進，基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 還可以在重新編程后，進一步對數(shù)據(jù)包處理、存儲、安全和網絡管理等功能進行自定義。這是具備軟件運行速度的可編程硬件。

借助已針對 x86 架構 CPU 進行優(yōu)化的數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件 （DPDK）驅動程序和存儲性能開發(fā)套件 （SPDK） 驅動程序，可將通常由服務器 CPU 來處理的網絡功能輕松移植到 FPGA 和英特爾 至強 D 處理器上。這些開發(fā)套件包含軟件庫和驅動程序，可幫助軟件開發(fā)人員自定義數(shù)據(jù)包處理功能，并將其卸載至基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU。DPDK 的設計宗旨是加速網絡數(shù)據(jù)包處理功能，它最初由英特爾創(chuàng)建，現(xiàn)在是由 Linux 基金會托管的開源項目；SPDK 則專為優(yōu)化存儲流量功能而設計，是可免費提供的英特爾項目。

英業(yè)達 （Inventec） 對于能同英特爾達成合作伙伴關系，共同打造獨具特色的、基于英特爾 FPGA SmartNIC C5000X 平臺架構的 SmartNIC深感自豪。我們馬上就認識到，該平臺會脫穎而出，成為面向未來的 SmartNIC，在為客戶提供自定義能力的同時，提供出色的性能、優(yōu)異的編程能力和英特爾專屬技術組合。

IPU 的可編程能力使得云服務提供商可在不斷變化的商業(yè)環(huán)境中，創(chuàng)建、修改或更新有關網絡處理、存儲、安全和管理的規(guī)則和協(xié)議。舉例來說，如果一家云服務提供商的業(yè)務范圍拓展到包含更快的網絡和更多的網絡安全選擇，那么很可能就需要使用額外的服務器來處理增加的應用吞吐量。借助基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU，所增加的基礎設施處理需求可通過部署到現(xiàn)有服務器環(huán)境中的 IPU 得到滿足。此類 IPU 能夠消除原本會產生的新瓶頸，同時釋放多重應用性能增益。通過減少或消除基礎設施處理瓶頸，基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 能夠幫助企業(yè)降低總體擁有成本 （TCO），延長因商業(yè)要求變化而進行的基礎設施投資的生命周期，并在整體上提高可創(chuàng)收的服務器的利用率。

基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 可與當前云服務提供商數(shù)據(jù)中心常見的、同樣基于普遍使用的 x86 架構的平臺進行配對。由于基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 使用了基于 x86 架構的英特爾 至強 D 處理器，因此軟件開發(fā)人員可對自身已頗為熟悉且同樣基于 x86 架構的 CPU 進行開發(fā)，從而大大降低軟件移植工作量。這種熟悉還能夠幫助開發(fā)人員縮短啟動時長、降低開發(fā)成本。

借助基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 提升數(shù)據(jù)中心的收益和性能

隨著網速的提高和處理任務復雜程度的加深，基于英特爾 FPGA IPU C5000X 平臺的 IPU 可在提升數(shù)據(jù)中心整體性能和收益的同時，助力高性能網絡功能的實現(xiàn)。作為一種靈活且可擴展的網絡解決方案，此類 IPU 可賦予云服務提供商提升自身競爭力所需的多種能力，并為開發(fā)人員提供所熟悉的基于 x86 架構平臺的開發(fā)環(huán)境。