賽靈思（Xilinx）的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)，過去一年的年增長率達到24%，季度增長率達到92%。基于UltraScale+架構(gòu)，賽靈思已經(jīng)推出了Alveo四大加速卡系列（U50U200U250U280），在計算加速、存儲加速、網(wǎng)絡(luò)加速三方面助力數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，同時也構(gòu)建起龐大的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，既有戴爾、HPE、浪潮、安富利等OEM合作伙伴、增值經(jīng)銷商/分銷商，也有許多獨立軟件提供商。

現(xiàn)階段，不斷增長的聯(lián)網(wǎng)需求與不斷上漲的成本正在成為數(shù)據(jù)中心的新挑戰(zhàn)，基于此，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(xiàn)了一體化的網(wǎng)絡(luò)、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(qū)銷售副總裁唐曉蕾（Maria Tang）、數(shù)據(jù)中心事業(yè)部產(chǎn)品及平臺營銷副總裁Donna Yasay，共同介紹了這一創(chuàng)新平臺所傳遞的價值。

數(shù)據(jù)中心的聯(lián)網(wǎng)危機

數(shù)據(jù)中心正在面臨聯(lián)網(wǎng)危機，云基礎(chǔ)設(shè)施飽受服務(wù)器I/O所造成的數(shù)據(jù)瓶頸的困擾。首先，進出數(shù)據(jù)中心聯(lián)網(wǎng)的流量在迅速增長，內(nèi)部的橫向流量年負(fù)荷增長率在25%以上。其次，隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)爆炸式地增長，額外的工作涌入云數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，大量地擠占了CPU資源。邊緣的一級云服務(wù)商（如亞馬遜、微軟）多年前已經(jīng)注意到了這個問題，采取將聯(lián)網(wǎng)功能轉(zhuǎn)移到SmartNIC上的做法來為CPU減負(fù)，但是，由于超出80%的云服務(wù)器節(jié)點目前無法提供 SmartNIC 接入，因此聯(lián)網(wǎng)卸載一時難以實現(xiàn)。

端口的聯(lián)網(wǎng)問題為何會如此嚴(yán)峻？這是因為端口基于的是模擬技術(shù)和調(diào)制技術(shù)的創(chuàng)新，速度持續(xù)以幾何級倍數(shù)增長，將遠超摩爾定律和Dennard縮放比例定律（Dennard’s scaling）計算周期速率。如果這一問題沒有得到足夠的重視，未來將越來越嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致服務(wù)器中所有CPU資源遭到擠占，而無暇顧及應(yīng)用級處理。

Donna Yasay補充，一些云服務(wù)器廠商并非不需要對服務(wù)器上的聯(lián)網(wǎng)功能進行卸載，他們通常仍在采用傳統(tǒng)的NIC，特別是二級、三級云服務(wù)廠商，沒有足夠雄厚的研發(fā)資源，很難通過一己之力采用SmartNIC并做到大規(guī)模部署。因此，他們更加需要現(xiàn)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(yè)內(nèi)人士預(yù)測，SmartNIC將成為主流的云計算技術(shù)。對裸機云和安全性的需求，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(wù)器CPU。

市場調(diào)研機構(gòu)Dell’Oro集團研究總監(jiān)Baron Fung表示：“預(yù)計到 2024 年，SmartNIC 市場規(guī)模將超過6億美元，占據(jù)全球以太網(wǎng)適配器市場的23%。隨著云服務(wù)提供商的縱向擴容，他們正在不斷增加 SmartNIC 的部署，以便為業(yè)務(wù)應(yīng)用釋放寶貴的CPU核，優(yōu)化服務(wù)器利用率。而電信服務(wù)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(wǎng)集成到邊緣網(wǎng)，為 NFV 和 AI 推斷等應(yīng)用提供服務(wù)。”

基于 FPGA 的Alveo U25 SmartNIC迎合了這一不斷增長的市場機遇。據(jù)介紹，Alveo U25是業(yè)界首款“一體化 SmartNIC 平臺”，通過將高度優(yōu)化的 SmartNIC 平臺與FPGA引擎相結(jié)合，實現(xiàn)了全可編程與一站式加速應(yīng)用，可用于業(yè)界具有一定挑戰(zhàn)的需求與工作負(fù)載中，如：SDN、虛擬交換、NFV、NVMe-oF、電子交易、AI推斷、視頻轉(zhuǎn)碼和數(shù)據(jù)分析等。

為什么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(yīng)用方面，F(xiàn)PGA在機器學(xué)習(xí)、推斷數(shù)據(jù)庫、加速視頻轉(zhuǎn)碼等方面表現(xiàn)突出；聯(lián)網(wǎng)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、加密和重復(fù)數(shù)據(jù)的刪除等工作。
此外，還有FPGA靈活應(yīng)變的特性，云服務(wù)商不論是開發(fā)新功能還是進行擴展，都比ASIC產(chǎn)品更有優(yōu)勢。

與基于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(yīng)變引擎，支持云架構(gòu)師快速為多種類型的功能與應(yīng)用提速。Alveo U25支持“bump-in-the-wire （線纜內(nèi)的塊）”式無縫嵌入網(wǎng)絡(luò)、存儲和計算卸載及加速功能，可以避免不必要的數(shù)據(jù)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(fù)擔(dān)并釋放更多資源，以運行更多應(yīng)用。嵌入式 ARM 處理器提供了獨特、關(guān)鍵的控制層處理功能，可以支持新興的裸機服務(wù)器用例。基本型NIC可提供超高吞吐量、小數(shù)據(jù)包性能與低時延。標(biāo)準(zhǔn)型全功能 NIC 解決方案與驅(qū)動程序采用獲得專利的 Onload應(yīng)用加速軟件，時延降幅高達80%，并且在云應(yīng)用中為基于傳輸控制協(xié)議（ TCP ）的服務(wù)器應(yīng)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(yīng)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(wù)器卸載90%以上的 OVS 處理，從而將數(shù)據(jù)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，同時還有分布式防火墻和 AI 推斷。目前，Alveo U25 SmartNIC 平臺正為早期試用客戶提供樣品。預(yù)計將于 2020 年第三季度開始批量供貨。

針對高性能電子交易環(huán)境與企業(yè)級數(shù)據(jù)中心，賽靈思還推出了XtremeScale X2562 10/25Gb 以太網(wǎng)適配器卡，該卡符合 OCP Spec 3.0 外形尺寸規(guī)格，可提供亞微秒級時延、高吞吐量，以及可將實時數(shù)據(jù)包和信息流連接到數(shù)千個虛擬 NIC 的超大規(guī)模連接能力。X2562 目前已經(jīng)開始提供樣品，將于 2020 年第二季度批量供貨。

同時發(fā)布的還有基于 FPGA 的開放計算加速器模塊（ OAM ）的概念驗證板。該夾層卡基于賽靈思UltraScale+ VU37P FPGA 并搭載 8GB HBM 存儲器，符合開放加速器基礎(chǔ)設(shè)施（ OAI ）規(guī)格，可支持七條 25Gbps x8 鏈路，為分布式加速提供了豐富的模塊間系統(tǒng)拓?fù)洹?

一站式軟硬件協(xié)同的加速平臺

根據(jù)Dell'Oro最新報告，整體控制器和適配器市場將以7%的年復(fù)合增長率增長，其中25Gbps和100Gbps的銷售將是主要增長驅(qū)動力。同時，SmartNIC市場的年復(fù)合增長率將達到25%，這為適配器供應(yīng)商提供了以更高價格推出創(chuàng)新產(chǎn)品的機會。反過來，這可以降低數(shù)據(jù)中心TCO。

唐曉蕾表示，在Alveo系列產(chǎn)品研發(fā)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(shù)據(jù)中心客戶的痛點。數(shù)據(jù)中心需要加速卡是確定趨勢，隨著摩爾定律的終結(jié)、數(shù)據(jù)的指數(shù)級爆發(fā)，數(shù)據(jù)中心對加速卡的需求會越來越大，現(xiàn)在僅是黎明開始的階段。未來加速卡的市場格局分布，可以從幾個維度看待：一是計算，特別是在云端上要去努力提升；二是網(wǎng)絡(luò)方面，實現(xiàn)可擴展性、可視化、智能化；三是存儲，在帶寬的占用、成本方面，加速卡發(fā)展?jié)摿艽蟆?br />
為什么要推出平臺型的產(chǎn)品？唐曉蕾表示主要是希望企業(yè)在數(shù)據(jù)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(tǒng)一軟件平臺是有機結(jié)合。由于之前FPGA開發(fā)有一定的門檻，而隨著數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場景的不斷擴展，新的客戶群體在增加，必須在軟硬件協(xié)同做更多提升，才能讓整個客戶群體受益。Alveo U25實現(xiàn)了一站式加速應(yīng)用，可以助力非一級云數(shù)據(jù)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(yīng)用。其編程模型既支持 HLS 和 P4 等高級網(wǎng)絡(luò)編程抽象，也支持 Vitis統(tǒng)一軟件平臺等計算加速框架，以便實現(xiàn)賽靈思和第三方所提供的加速應(yīng)用。