SmartNIC と NIC の違いは何ですか?

ネットワーク テクノロジーとハードウェア デバイスの継続的な発展により、データ センターとクラウド コンピューティングの状況は変化しました。 仮想化、マイクロサービス アーキテクチャ、モバイル デバイスやクラウド サービスの利用率の急速な増加に伴い、ネットワーク ワークロードの増加率は従来のデータセンター CPU の処理速度をはるかに超えています。 このため、より高いパフォーマンス、より柔軟性、より強力な機能を備えたネットワーク ソリューションを見つけることが急務になっています。

ネットワーク ハードウェアの選択に関しては、スマート ネットワーク インターフェイス カード (SmartNIC) と標準ネットワーク インターフェイス カード (NIC) の XNUMX つのオプションが注目を集めています。 この記事では、特性、違い、および特定の使用例における適切なオプションの選択方法について説明します。

標準ネットワーク インターフェイス カード (NIC): 従来のネットワーク接続方法

標準のネットワーク インターフェイス カードは、何十年にもわたってネットワーク接続の主要な方法でした。 これらは、コンピュータをネットワークに接続し、デバイスとインターネット間の通信を可能にするハードウェア コンポーネントです。 標準のネットワーク インターフェイス カードは、主にデータの送受信に使用され、その信頼性と堅牢性によりデータセンター環境で広く使用されています。

標準ネットワークインターフェースカードの機能

スタンダード ネットワークインターフェースカード 次の基本的な機能があります。

• データパケットの送受信
• データパケットの検証と修正
• データパケットのセグメント化と再構成
• MACアドレス管理

これらの機能は、一般的なネットワーク接続要件をサポートするには十分ですが、より高いパフォーマンスと機能を必要とするデータ集約型アプリケーション、仮想化環境、クラウド コンピューティング、およびハイ パフォーマンス コンピューティングに直面する場合、標準のネットワーク インターフェイス カードでは不十分な場合があります。

従来のハードウェアの限界

NIC ベースのネットワーク カードを含む従来のデータ センター ハードウェアは、最新のデータ センターのニーズを満たすことができなくなりました。   

CPUの過負荷

従来の NIC ベースのアーキテクチャでは、ネットワーク タスクをサーバーの CPU に割り当てるため、CPU に過負荷がかかり、高強度のネットワーク ワークロードに対処できなくなります。  

高性能要件を満たすのが難しい

コンピューティング集約型のアプリケーションには、より高いパフォーマンスと低い遅延が必要です。 従来のハードウェアでは十分なパフォーマンスを提供できず、パフォーマンスのボトルネックが発生します。   

管理やメンテナンスが大変

データセンターの規模が拡大するにつれて、従来のハードウェアの管理と保守はより困難になります。 仮想化とマイクロサービスの成長により、管理の複雑さも増大しています。

スマート ネットワーク インターフェイス カード (SmartNIC): 従来のネットワークを超えて

SmartNICは、従来のデータ転送機能を超えた新しいタイプのネットワークカードです。 これらには、強力なプロセッサ、メモリ、およびさまざまな高度な機能を実行できる専用ハードウェアが装備されています。 これらの機能には、ネットワーク拡張、ストレージ高速化、セキュリティ機能などが含まれます。 スマート ネットワーク インターフェイス カードの主な目的は、 offホスト CPU からさまざまなネットワーク関連タスクをロードして加速し、専用の処理能力とハードウェア機能を提供して、ネットワークのパフォーマンス、セキュリティ、効率を強化します。

SmartNICの機能 

スマート ネットワーク インターフェイス カードは、次のようなさまざまな高度な機能を提供します。

• データパケットのフィルタリングと負荷分散。  

• サービス品質 (QoS) の強制。  

• リモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA)、iSCSI、NVMe over Fabric などのストレージ アクセラレーション。  

• ファイアウォール処理や侵入検知システム (IDS) 検査などのセキュリティ機能。  

これらの機能により、スマート ネットワーク インターフェイス カードは、ネットワーク パフォーマンスの向上からセキュリティの強化、ストレージの高速化に至るまで、さまざまな高度なユースケースに対応する強力なツールになります。  

初期の SmartNIC の実装

早い Smartnic 実装ではレジスタ駆動の ASIC ロジックが使用されており、非常に低いレイテンシ、高いパケット スループット、低消費電力 (通常は 15 ワットから 35 ワットの間) というパフォーマンスの点で優れた性能を発揮しました。 ただし、パフォーマンス上の利点にもかかわらず、必要なプログラム可能性や柔軟性が欠けていることがよくありました。 通常、レジスタを設定するには難解なコマンドライン ツールが必要で、パケットとフローをプログラムで管理する機能がありませんでした。  

SmartNIC のさまざまな導入モード

SmartNIC は、ストレージ、セキュリティ、ネットワーク処理などのさまざまな導入シナリオで重要な役割を果たします。 図に示すように、SmartNIC が実行する特定のタスクには、トンネリング プロトコル (VxLAN など) や複雑な仮想スイッチングの処理が含まれます。 最終的な目標は、消費するホスト CPU プロセッサ コアの数を減らし、より低コストで高性能のソリューションを提供することです。

標準 NIC と SmartNIC の違い

ネットワーク機能

標準 NIC は主に、パケット送信、セグメンテーション、チェックサム修正などの基本的なネットワーク タスクを処理するように設計されています。 SmartNIC もこれらのタスクを実行しますが、パケット フィルタリング、ロード バランシング、サービス品質 (QoS) の強制など、より複雑なネットワーク機能をカード自体に実装します。 offこれらのタスクをホスト CPU からロードします。 これにより、遅延が短縮され、CPU 使用率が低下し、ネットワーク全体のパフォーマンスが向上します。

収納機能

SmartNIC は、特に最新のデータ集約型アプリケーションにおいて、ストレージの高速化に優れています。 彼らはできる offリモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA)、iSCSI、NVMe over Fabric などのストレージ機能をロードし、データ転送速度を向上させ、CPU オーバーヘッドを削減します。 対照的に、標準の NIC には、ストレージを大量に使用するこれらのタスクに必要なハードウェアと処理能力がありません。

仕事 offSmartNIC へのロード

SmartNIC の最も注目すべき利点の XNUMX つは、次の機能です。 offホスト CPU からカードにさまざまなタスクをロードします。 これには、ネットワーキングおよびストレージ機能だけでなく、ファイアウォール処理や侵入検知システム (IDS) 検査などのセキュリティ タスクも含まれます。 これらのタスクを SmartNIC に移動することで、ホスト CPU は時間を解放してアプリケーション固有の処理に集中できるようになり、アプリケーションのパフォーマンスが向上し、サーバーのスプロール化が軽減されます。

標準 NIC と SmartNIC のどちらかを選択する方法

標準 NIC と SmartNIC のどちらを選択する場合は、特定のネットワークのニーズと使用例を評価する必要があります。 考慮すべきいくつかの要素を次に示します。

パフォーマンスとスピード

アプリケーションが優れたネットワーク パフォーマンス、低遅延、およびロード バランシングやストレージ アクセラレーションなどの高度な機能を必要とする場合は、SmartNIC がより良い選択肢になる可能性があります。 彼らはできる offさまざまなタスクをロードして加速することで、全体的なパフォーマンスが向上します。  

ワークロードとユースケース

ワークロードとユースケースの性質を考慮してください。 SmartNIC は、データ集約型のシナリオ、仮想化環境、機械学習、クラウド サービスで優位性を持っています。これらのシナリオでは高レベルのネットワーキングとストレージ機能が必要となるからです。 環境でより多くの機能とパフォーマンスが必要な場合は、SmartNIC がより適切な選択肢になる可能性があります。

予算とコスト

カードを選択するときは、予算の制約も考慮する必要があります。 SmartNIC は通常、標準 NIC よりも高価です。 offより多くの機能とパフォーマンス。 コストが重要な要素である場合は、標準 NIC がより経済的な選択肢となる可能性があります。

まとめ

ネットワーク接続の分野では、標準ネットワーク インターフェイス カード (NIC) とスマート ネットワーク インターフェイス カード (SmartNIC) のどちらかを選択することがよくあります。 さまざまなユースケースと要件によって、最適な選択が決まります。 E810CAM2-2CP などの一部の Intel ベースのイーサネット アダプタには、イーサネット、TCP/IP、UDP/IP などのさまざまなネットワーク プロトコルのサポート、オンチップ QoS、トラフィック管理、iWARP/ RDMA、RoCEv2/RDMA、スマート offロード機能、および iSCSI や NFS などのストレージ機能。 これらのアダプターは、さまざまなオペレーティング システムおよびハイパーバイザーとの完全な互換性を確保するために厳密にテストおよび認定されており、最高のネットワーク パフォーマンスと機能を求めるユーザーにバランスのとれた信頼性の高いソリューションを提供します。 これらの注目の NIC ソリューションに加えて、Mellanox SmartNIC も利用できます。 Mellanox Technologies との協力により、これらの SmartNIC はネットワーク拡張の無限の可能性を解き放ちます。 off負荷とセキュリティ。 Advanced NIC を選択するか SmartNIC を選択するかに関係なく、ネットワークのニーズに応じて、ネットワークを最適かつ安全かつ効率的な方法で実行することができます。 進化し続けるネットワーキングの分野では、ネットワークのパフォーマンス、セキュリティ、アプリケーションの配信に直接影響するため、適切なカードを選択することが非常に重要です。 したがって、標準 NIC と SmartNIC の長所と短所、および特定のニーズに基づいてそれらを選択する方法を理解することは、ネットワークが変化する需要に確実に対応できるようにするのに役立ちます。