데이터 센터의 모든 기술 중에서 네트워크 연결보다 더 빠르게 진화하는 기술은 없습니다. 20년 전에는 1GbE 네트워킹이 이색적인 것으로 간주되었고 이를 지원하는 데 필요한 인프라(예: NIC, 스위치 및 케이블)는 비싸고 희귀했습니다. 10년 전에는 20GbE 네트워크가 최첨단이었지만 이제는 40, 100, 심지어 XNUMXGbE 네트워크가 데이터 센터의 표준이 되었습니다. 네트워크는 더 넓어졌을 뿐만 아니라 가상화, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN), 오버레이 네트워크 및 XNUMX년 전에는 상상도 할 수 없었던 기타 기술과 같은 요소가 추가되어 더욱 정교해졌습니다. 데이터 센터 서버의 리소스에 부담을 주고 있습니다.
데이터 센터의 모든 기술 중에서 네트워크 연결보다 더 빠르게 진화하는 기술은 없습니다. 20년 전에는 1GbE 네트워킹이 이색적인 것으로 간주되었고 이를 지원하는 데 필요한 인프라(예: NIC, 스위치 및 케이블)는 비싸고 희귀했습니다. 10년 전에는 20GbE 네트워크가 최첨단이었지만 이제는 40, 100, 심지어 XNUMXGbE 네트워크가 데이터 센터의 표준이 되었습니다. 네트워크는 더 넓어졌을 뿐만 아니라 가상화, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN), 오버레이 네트워크 및 XNUMX년 전에는 상상도 할 수 없었던 기타 기술과 같은 요소가 추가되어 더욱 정교해졌습니다. 데이터 센터 서버의 리소스에 부담을 주고 있습니다.
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10GbE 이상의 네트워크를 처리할 때 네트워킹 패킷이 처리를 위해 CPU로 전달될 때 서버에서 CPU 병목 현상이 발생하기 시작합니다. 25GbE 네트워크에서는 측정 가능한 CPU 시간 비율이 네트워크 패킷을 처리하는 데 사용됩니다. 이 문제를 해결하기 위해 일부 네트워킹 기능을 CPU에서 네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)로 푸시하는 기술을 개발했습니다. 우리는 이 오프로딩을 처리할 수 있는 장치를 호출합니다. SmartNIC.
이 기사에서는 SmartNIC가 무엇인지, SmartNIC가 데이터 센터에 제공하는 가치, SmartNIC를 조사하고 투자해야 하는 이유에 대해 설명합니다. 마지막으로 특히 혁신적인 SmartNIC인 Xilinx SN1000을 살펴보겠습니다.
SmartNIC란 무엇입니까?
CPU에서 NIC로 네트워크 작업을 오프로드하는 것은 항상 데이터 센터의 효율성을 추구하는 주요 클라우드 공급자의 초점이었습니다. NIC에 레이블을 지정하는 데 필요한 것에 대한 엄격하고 빠른 규칙은 없습니다. 스마트 한; 그러나 최소한 가상 스위치에 있는 일부 컨트롤 플레인 기능과 방화벽, 침입 탐지 및 방지, 호스트 검사와 같은 네트워크 기능 가상화(NFV) 기능에 있는 일부 기능을 처리할 수 있어야 합니다. , 암호화, 네트워크 서비스 품질(QoS), 흐름 보고 및 모니터링과 같은 데이터 플레인 작업.
SmartNIC 채택을 촉진하는 요인은 무엇입니까?
퍼블릭 클라우드 및 하이퍼스케일러는 지난 XNUMX년 동안 데이터 센터 혁신을 주도했으며 가까운 미래에도 계속 그렇게 할 것입니다. 그들이 사용하는 기술은 결국 엔터프라이즈 데이터 센터로 이동하며 SmartNIC도 마찬가지입니다. 돌이켜 보면 SmartNIC는 CPU와 마더보드 대역폭을 낭비하지 않고 NIC에 다시 원래 있어야 할 위치에 네트워크 기능을 배치했습니다.
NFV 및 기타 기능이 기존 서버의 CPU를 사용하여 구현되기 때문에 트래픽을 처리해야 하는 시스템/CPU에 가치를 추가하지 않고 얼마나 많은 네트워크 트래픽이 폐기되거나 네트워크에 다시 고정되는지 쉽게 상상할 수 있습니다. NIC 레벨보다 CPU에서 오프로드할 수 있는 모든 CPU 주기는 CPU를 해제하고 서버가 생산적인 작업을 수행할 수 있도록 합니다.
SmartNIC가 얼마나 유익한지 설명하기 위해 DDoS(Distributed Denial of Service) 공격과 같은 단순한 것을 들 수 있습니다. 최신 데이터 센터에서는 DDoS가 드물지만 DDoS와 SmartNIC 거래를 하면 시스템의 CPU가 패킷을 정렬, 분류 및 폐기하는 대신 생산적인 작업을 계속할 수 있습니다. 보다 현대적인 예는 시스템 CPU가 아닌 오버레이 네트워크에서 사용되는 네트워크 패킷의 캡슐화를 SmartNIC에서 처리하도록 하는 것입니다.
Xilinx가 SmartNIC 기술의 리더인 이유
모든 신흥 기술과 함께 기술의 최전선에 자신을 위치시키는 회사가 있습니다. 이러한 회사는 열정적이고 기술에 집중하는 경향이 있습니다. 그들은 새로운 기술이 시장에 출시되는 것을 막는 무수한 장애물을 극복한다는 목표에 에너지를 바칩니다. 자일링스가 그런 회사다.
Xilinx는 신흥 기술의 혁신가로서의 오랜 역사를 가지고 있습니다. 예를 들어 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 발명했으며 이 기술의 선두주자로 간주됩니다. SmartNIC와 같은 신기술을 시장에 출시하는 것은 저렴한 제안이 아니며 3년에 2020억 달러가 넘는 수익을 올릴 수 있는 재정적 자원이 있습니다. 그러나 여기에는 상당한 엔지니어링 및 관리 노하우가 필요합니다. 다시 Xilinx는 두 가지를 모두 갖추고 있습니다.
2019년 100월 Xilinx는 초저지연 네트워킹 및 애플리케이션 가속화의 초기 개발업체이자 SmartNIC 기술의 선두주자인 Solarflare Communications를 인수하는 계약을 체결했습니다. 그해 말 Xilinx는 Solarflare 및 Xilinx 기술을 기반으로 하는 단일 칩 FPGA 기반 1000G SmartNIC를 시연했습니다. 이 SmartNIC는 Xilinx FPGA, 시스템 온 칩(SoC) 및 적응형 컴퓨팅 가속 플랫폼(ACAP)을 Solarflare의 기술과 결합하여 새로운 통합 SmartNIC 솔루션을 만들어 Xilinx SNXNUMX이 되었습니다.
자일링스 ALVEO SN1000
Xilinx SN1000은 듀얼 16GbE 구리 또는 광학 포트가 있는 FHHL PCIe x4 물리적(8세대 x3 또는 16세대 x100 전기) NIC입니다. 16코어 Cortex-A72 프로세서와 백만 개가 넘는 조회 테이블(LUT)이 있는 FPGA가 있습니다. LUT는 기본적으로 FPGA가 로직을 구축하는 방법입니다. FPGA에 LUT가 많을수록 더 강력하고 유연해집니다. 이 카드에는 총 12GB의 DDR4 RAM이 있으며 4GB는 Arm 프로세서 전용이고 8GB는 FPGA 전용입니다. 이 하드웨어 체계는 SN1000이 4백만 개의 상태 저장 연결을 오프로드하고 100억 PPS(초당 패킷)를 처리할 수 있음을 의미합니다.
ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA 및 SoC를 사용하여 SmartNIC를 만들 수 있습니다. ASIC은 성능이 뛰어날 수 있습니다. 그러나 유연성이 제한되어 있고 추가 기능을 추가하기가 어렵습니다. 그리고 SoC는 매우 유연하지만 ASIC 및 FPGA의 속도가 부족합니다.
SN1000 SmartNIC에서 유연성과 성능을 모두 제공하기 위해 Xilinx는 고유한 유연성으로 인해 컨트롤 플레인 기능에 강력한 SoC를 사용하고 성능상의 이유로 데이터 플레인 기능을 위해 FPGA와 결합합니다. ASIC보다 FPGA를 사용하는 주요 이점은 새로운 기능이 개발되거나 필요할 때 FPGA를 다시 프로그래밍할 수 있는 반면 현장에서 새로운 ASIC를 얻는 데 XNUMX년 이상이 걸릴 수 있다는 것입니다.
FPGA를 위한 코드 개발은 사소한 문제가 아니며 Xilinx는 이러한 요구를 지원하는 몇 가지 뛰어난 도구를 제공합니다. Xilinx 개발 및 프로그래밍 도구 세트를 사용하여 Xilinx 고객은 전통적으로 FPGA 애플리케이션 개발에 사용된 하드웨어 코드가 아닌 소프트웨어 개발자에게 익숙한 고급 프로그래밍 언어로 자체 FPGA 애플리케이션을 작성할 수 있습니다.
Xilinx는 또한 애플리케이션 시장 Xilinx 및 타사에서 개발한 솔루션을 얻을 수 있습니다. 이 접근 방식을 통해 SN1000 구매자는 개발 주기를 우회하여 더 빠른 가치 창출 시간(TTV)을 달성할 수 있습니다. 앱 스토어에는 NFV, 네트워크 보안, 이미징 처리, 기계 학습(ML) 및 SmartNIC 수준에서 수행할 수 있고 수행해야 하는 기타 기능을 위한 솔루션이 있습니다.
Xilinx 애플리케이션은 도커 컨테이너로 패키징됩니다. 무료로 사용 평가를 받은 후 신용 카드를 통해 매장에서 직접 구매할 수 있습니다.
Xilinx SmartNIC는 최첨단 제품이지만 채택 및 사용을 방해할 정도로 너무 앞서 있다는 의미는 아닙니다. 반대로 Xilinx SmartNIC는 퍼블릭 클라우드, 하이퍼스케일러 및 최신 데이터 센터의 특정 사용 사례를 해결하기 위해 이미 배포되고 있습니다. 그들이 사용되는 몇 가지 예는 다음과 같습니다. VXLAN 및 NVGRE 터널링 캡슐화, OVS(Open Virtual Switch), Intel DPDK 및 Virtio-net I/O.
SmartNIC의 또 다른 흥미로운 사용 사례는 Ceph 개체 스토리지 클라이언트와 같은 스토리지 기능을 오프로드하는 데 사용되고 있으며 NVMe-oF가 인기를 얻고 있다는 것입니다. 또한 고속 거래를 위해 Xilinx는 SmartNIC가 "틱 투 트레이드" 알고리즘 거래를 위해 나노초 대기 시간을 달성할 수 있다고 밝혔습니다.
비디오 분석은 SmartNIC가 빛나는 또 다른 분야입니다. 비디오와 관련된 데이터의 양으로 인해 중앙 저장소로 다시 전달하는 것은 불가능합니다. 솔루션으로서 SmartNIC는 FPGA가 신속하고 효율적으로 처리할 수 있는 AI 추론을 필요로 하는 가상 울타리뿐만 아니라 마스크 감지, 사람 수 및 추적과 같은 비디오 해석 기능을 처리하기 위해 에지 장치에서 사용되고 있습니다.
SmartNIC가 필요한 이유
고대역폭 네트워킹이 증가함에 따라 우리는 데이터 센터의 서버에 점점 더 많은 것을 요구하고 있습니다. 우리는 더 많은 네트워크 대역폭으로 처리해야 하는 네트워크 패킷의 수로 인해 서버가 수익성 있는 작업을 수행할 수 있는 주기가 더 적은 지점에 도달하고 있습니다. 일부 연구에서는 고대역폭 네트워크가 있는 기존 데이터 센터에서 패킷 처리에 서버 CPU 주기의 20% 이상을 사용할 수 있는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 3GHz CPU의 경우 프로세서는 회선 속도를 유지하기 위해 300B 패킷을 처리하는 데 약 1500주기가 있습니다.
CPU가 수행하도록 설계된 높은 가치의 작업을 수행할 수 있도록 하려면 불필요한 기능을 소스에 더 가까운 다른 장치로 오프로드해야 합니다. 이 경우 네트워크를 처리하는 올바른 장치는 SmartNIC입니다.
SmartNIC는 Xilinx의 범위일 뿐만 아니라 이 새로운 기술의 최전선에 위치합니다. FPGA와 결합된 SoC를 사용함으로써 하드웨어 구현 솔루션의 성능과 함께 소프트웨어 정의 솔루션의 사용 편의성과 유연성을 얻을 수 있습니다. Xilinx는 SmartNIC를 이용하기 위해 애플리케이션이 필요하다는 것을 알고 있으므로 하드웨어 엔지니어가 아닌 컴퓨터 프로그래머가 SmartNIC에서 실행되는 애플리케이션을 개발할 수 있는 프로그래밍 환경을 만들었습니다. 더 빠른 TTV 제안을 원하는 사용자를 위해 Xilinx는 타사 애플리케이션을 구매할 수 있는 앱 스토어를 제공합니다.
최신 데이터 센터가 경쟁력을 갖기 위해서는 가능한 한 많은 불필요한 작업으로부터 서버를 확보해야 합니다. 이러한 작업에는 상태 저장 방화벽, 로드 밸런싱, IPsec, TLS, NVMe-over-TCP, Virtio.blk 스토리지 액세스, 데이터 압축 또는 SmartNIC로 더 잘 관리되는 수많은 기타 기능이 포함됩니다.
Xilinx Adapt에서 자세히 알아보기
자일링스 어댑트 는 24년 25월 2021일부터 XNUMX일까지 클라우드 컴퓨팅, 컴퓨팅 스토리지, 컴포저블 데이터 센터와 같은 중요한 주제와 함께 데이터 센터에서 SmartNIC의 관련성을 다루는 디지털 이벤트입니다. 관람료는 무료이며 추후 다시보기가 제공될 예정입니다.
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