作者：Achronix

隨著人工智能/機器學習（AI/ML）和其他復雜的、以數據為中心的工作負載被廣泛部署，市場對高性能計算的需求持續飆升，對高性能網絡的需求也呈指數級增長。高性能計算曾經是超級計算機這樣一個孤立的領域，而現在從超級計算機到邊緣解決方案，在各個層面都可以看到高性能計算，隨著我們推動更快的解決方案進入市場，網絡安全和高復雜性應用在其中也扮演著更重要的角色。

為了滿足對網絡加速的需求，并提供靈活的、可重新編程的網絡，Achronix為數據中心運營商、云服務提供商和電信公司提供Achronix 的Network Infrastructure Code（簡稱ANIC）和基于Achronix Speedster7t FPGA芯片構建的SmartNIC。這些可編程的加速器集成了前沿性技術，如400 GbE連接速度、PCIe Gen 5.0功能、片上網絡和高速并行處理，以提供無與倫比的性能、可擴展性和靈活性組合。

ANIC是一套由模塊化FPGA IP組成的完整設計，提供專為高性能網絡流水線進行了優化的SmartNIC解決方案的所有基本功能單元。它有力地支持400 GbE和PCIe Gen 5.0功能，使各類用戶能夠根據其特定要求快速開發高帶寬SmartNIC解決方案，滿足其隨著條件的變化而變化的要求。

更好的性能，更高的靈活性

為了提高網絡性能，越來越多的客戶轉向SmartNIC，因為它可以通過卸載數據包處理和加密等日常任務來減輕主機服務器CPU的負擔。除了節省CPU周期帶來的經濟效益之外，卸載還可以提高整體系統性能和資源效率。SmartNIC還具有可定制和可編程性，使用戶能夠靈活地適應不斷變化的網絡需求。

InfiniBand（簡稱IB）是用于高性能計算的傳統網絡技術。盡管IB的性能很好，但對于部署在傳統數據中心（用以太網來作為標準網絡協議），它卻不能提供其中的HPC高性能計算解決方案所需的靈活性或功能密度。Achronix的ANIC解決方案支持400 GbE，可實現快速的數據傳輸速率，同時還提供了在網卡（NIC）上部署網絡應用的能力；這一功能可顯著提高應用性能并降低事務延遲。基于FPGA的ANIC方法具有出色的確定性，并始終提供極低的應用延遲，從而使ANIC成為具有嚴格實時處理需求的應用的首選。

SmartNIC架構的一種實現方法是將計算單元（如Arm內核等）添加到高性能網絡數據路徑中，以實現靈活的且可編程的網絡。雖然添加CPU內核確實可提供網絡卸載和應用加速功能，但處理器內核所能提供的網絡性能也受限于其自身。功耗和空間限制將單張網絡卡上可部署的內核數量限制于10個，從而使指令集受到限制，性能也就受到限制。

ANIC沒有使用性能受限的Arm內核，而是運行在高性能的Achronix Speedster7t FPGA器件上，并且ANIC的模塊化架構簡化了組件選擇過程并加快了設計階段。此外，Speedster7t FPGA器件的部分重新配置功能支持實現動態調整，從而能夠滿足不斷變化的需求。這種部署敏捷性可以節省大量的時間和成本。

“這是性能上的一個數量級飛躍，”Achronix SmartNIC產品規劃總監Scott Schweitzer說道?！霸贏NIC上用一微秒內就可完成的工作在Arm內核上則可能需要幾毫秒，而可在幾納秒內完成的工作可能需要幾微秒。”

基于ANIC，用戶有機會去部署自定義的IP功能。這種自定義的IP功能為定制應用打開了大門，如鍵值存儲、入侵防御、重復數據刪除和其他網絡功能，所有這些應用都以400 GbE的網絡速度運行。

在高性能計算中使用由FPGA加速的智能網卡：游戲規則改變者

高性能計算環境需要卓越的處理能力、高效的數據移動速度和高速的互連能力才能實現最佳性能。各種SmartNIC，尤其是像Achronix提供的基于FPGA的解決方案，可以無縫地滿足這些要求。

在高性能計算中采用基于FPGA的SmartNIC帶來的主要優勢之一是定制化。憑借Speedster7t可重新編程的FPGA具有400 GbE以太網和PCIe Gen5功能，是高性能計算集群的多功能構建模塊。

Achronix打造ANIC的目的是使用戶能夠優化其網絡數據路徑并加速網絡應用。ANIC提供了一個完整的SmartNIC流水線，包括數據包接口、FIFO緩沖區、報頭/解析器、流表格、規則引擎和DMA引擎。每種功能單元可以根據客戶的需要去選擇或取消，從而實現全部或部分數據包加速，并在Speedster7t FPGA器件上為客戶自定義的網絡加速功能應用預留高達50%的邏輯資源。

Speedster7t FPGA器件還提供二維片上網絡（2D NoC），該項設計可在FPGA芯片內提供高達20 Tbps的帶寬，并進一步增強模塊化應用的部署。每個ANIC模塊通過利用80個網絡接入點可以實時放置在FPGA上或對其進行升級。

“ANIC的邏輯模塊可以像樂高積木一樣組合起來，以創建量身定制的SmartNIC解決方案，”Schweitzer說道?！案鶕胍瓿傻墓ぷ?，客戶可以選擇使用部分或全部ANIC功能單元來組裝解決方案?！边@種模塊化可組合性可確保用戶只使用其特定應用所需的模塊，從而消除了不必要的開銷。

在HPC中，加速的I/O至關重要。SmartNIC允許超快速數據移動，從而有助于大型數據集的快速處理。如在DDoS緩解應用中，要求更深入的數據包檢測，ANIC基于FPGA的高度并行設計支持高效的數據包處理，從而確保及時識別和緩解威脅。

在高性能計算和數據驅動應用的時代，Achronix提供的基于FPGA的SmartNIC可提供無與倫比的速度、卸載的處理能力、增強的安全性和卓越的靈活性。無論是尋求高速數據處理，減少延遲還是提高整體效率，SmartNIC都為高性能網絡的未來鋪平了道路。隨著數據的不斷激增和應用的要求越來越高，對于任何希望在高性能網絡和計算方面突破極限的人來說，SmartNIC代表著一項至關重要的創新。