隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，“云計(jì)算”成為了關(guān)注的熱點(diǎn)。通過“云計(jì)算”，數(shù)以萬計(jì)的數(shù)據(jù)將在極短時(shí)間內(nèi)得到運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。基于這樣的高數(shù)據(jù)流量的需求，智能網(wǎng)卡（SmartNIC）得以面世，有效疏解了“云計(jì)算”技術(shù)發(fā)展時(shí)所面臨的問題。

智能網(wǎng)卡的誕生

越來越多的云數(shù)據(jù)中心的建立使得云上業(yè)務(wù)愈發(fā)地普及、云數(shù)據(jù)量也在呈井噴式增長(zhǎng)，巨大的數(shù)據(jù)量使得用內(nèi)核轉(zhuǎn)發(fā)的虛擬交換機(jī)的收發(fā)分組問題日益凸顯，盡管通過有效的軟件加速方案可以在一定程度上提高轉(zhuǎn)發(fā)性能，但是問題仍然沒有得到徹底的解決。

首先，虛擬交換機(jī)大量地占用著宿主機(jī)的資源，比如CPU核。當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí)，虛擬交換機(jī)為了保證轉(zhuǎn)發(fā)質(zhì)量會(huì)綁定多個(gè)CPU核，使得原本可以被合理利用于其它任務(wù)的宿主機(jī)資源被過度占用，造成了企業(yè)成本的浪費(fèi)。

而且，雖然CPUAffinity和IRQAffinity等手段在一定程度上可以優(yōu)化轉(zhuǎn)發(fā)性能，但是高網(wǎng)絡(luò)寬帶應(yīng)用需求的快速增長(zhǎng)致使虛擬交換機(jī)難以依靠純軟件解決方案來實(shí)現(xiàn)有效的轉(zhuǎn)發(fā)性能的提升，虛擬交換機(jī)需要進(jìn)一步提速。

基于以上的問題和需求，智能網(wǎng)卡（SmartNIC）得以產(chǎn)生。

相比普通CPU，智能網(wǎng)卡在實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬化功能的支持時(shí)可以節(jié)約大量成本，如在進(jìn)行SR-IOV、OverlayEncap/Decap以及部分虛擬交換機(jī)處理邏輯的卸載時(shí)。而且智能網(wǎng)卡作為硬件，具有處理速度快、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

此外，智能網(wǎng)卡是數(shù)據(jù)流進(jìn)出的首個(gè)關(guān)口，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、嗅探、避免網(wǎng)絡(luò)攻擊和安全隔離的作用。特別的，智能網(wǎng)卡的存在使計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)資源得以解耦，利于云服務(wù)商拓展自身能力和覆蓋領(lǐng)域、滿足各方個(gè)性化的需求。

智能網(wǎng)卡與普通網(wǎng)卡的區(qū)別與改進(jìn)

不同于普通網(wǎng)卡只負(fù)責(zé)L2轉(zhuǎn)發(fā)，增加一定邏輯后的智能網(wǎng)卡還可實(shí)現(xiàn)部分虛擬交換機(jī)的功能。此外，智能網(wǎng)卡可以實(shí)現(xiàn)對(duì)部分網(wǎng)絡(luò)流量的卸載，比如智能網(wǎng)卡可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組頭的解析，從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、減少虛擬交換機(jī)負(fù)載的目的。并且，為實(shí)現(xiàn)高性能網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，智能網(wǎng)卡可以與虛擬交換機(jī)配合以實(shí)現(xiàn)虛擬交換機(jī)的邏輯，從而減少宿主機(jī)服務(wù)器資源的占用。

智能網(wǎng)卡的技術(shù)路線

目前主流的智能網(wǎng)卡按照架構(gòu)大致可以分為ASICBased、FPGABased和SoCBased三種類型。ASICBased智能網(wǎng)卡是基于專用芯片進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)加速核心的智能網(wǎng)卡，擁有專用電路，在布局布線和時(shí)鐘樹綜合等方面有優(yōu)勢(shì)，但是開發(fā)周期長(zhǎng)，且成品后邏輯不可改。FPGABased智能網(wǎng)卡是基于FPGA卡來實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)卡的功能，可以通過FPGA編程以修改智能卡的邏輯，靈活性好但成本較高。SoCBased智能網(wǎng)卡是基于前兩種智能網(wǎng)卡集成的CPU處理器，該種智能網(wǎng)卡成本最高，但是可實(shí)現(xiàn)虛擬層零消耗，有重要的實(shí)用價(jià)值。故可得，ASICBased智能網(wǎng)卡成本低、性能優(yōu)，F(xiàn)PGABased智能網(wǎng)卡靈活性高、但成本高且編程難度大，SoCBased智能網(wǎng)卡則較二者提供了性能和可操控性兼具的可能。

結(jié)語

云計(jì)算的普及帶來了數(shù)據(jù)流量的迅速增大，這使得對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)性能提高的需求變得日益迫切。服務(wù)器的內(nèi)核是傳統(tǒng)虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)能力所主要依賴的，通過一些軟件加速技術(shù)可以在一定程度上改善虛擬網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)技能，但是仍然會(huì)在CPU上造成許多成本和資源上的浪費(fèi)，純依賴軟件來解決困局的方案并不能滿足日益增長(zhǎng)的高網(wǎng)絡(luò)寬帶應(yīng)用的需求。智能網(wǎng)卡的出現(xiàn)使得解決問題的方式上升到了硬件層面，憑借智能網(wǎng)卡的硬件卸載功能，可以達(dá)到為CPU減少負(fù)荷的作用，從而清騰出更多的CPU資源，并且智能網(wǎng)卡可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的分離，顯著提升了應(yīng)用性能，并使得云服務(wù)商可以更好地拓展業(yè)務(wù)、滿足不同需求。

目前市面上三種主流的智能網(wǎng)卡各有利弊，隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，智能網(wǎng)卡將得到進(jìn)一步的提升，而這種基于硬件的創(chuàng)新也將是未來云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)筑成的重點(diǎn)研究方向。
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