Постоянное развитие сетевых технологий и аппаратных устройств изменило ландшафт центров обработки данных и облачных вычислений. Благодаря быстрому росту виртуализации, микросервисной архитектуры и высокой загрузке мобильных устройств и облачных сервисов темпы роста сетевых рабочих нагрузок намного превысили скорость обработки традиционных процессоров центров обработки данных. Это делает актуальным поиск сетевых решений с более высокой производительностью, большей гибкостью и более мощными функциями.
Что касается выбора сетевого оборудования, то два варианта, которые привлекают внимание, — это интеллектуальные сетевые карты (SmartNIC) и стандартные сетевые карты (NIC). В этой статье будут рассмотрены характеристики, различия и способы выбора подходящего варианта в конкретных случаях использования.
Стандартная сетевая карта (NIC): традиционный способ сетевого подключения
Стандартные сетевые карты на протяжении десятилетий были основным способом сетевого подключения. Это аппаратные компоненты, которые подключают компьютеры к сетям, обеспечивая связь между устройствами и Интернетом. Стандартные сетевые карты в основном используются для передачи и приема данных и широко используются в центрах обработки данных из-за их надежности и надежности.

Функции стандартных сетевых карт
Стандарт сетевые карты имеют следующие основные функции:
- Передача и прием пакетов данных
- Проверка и коррекция пакетов данных
- Сегментация и повторная сборка пакетов данных
- Управление MAC-адресами
Этих функций достаточно для поддержки общих требований к сетевым подключениям, но стандартные сетевые карты могут оказаться недостаточными при работе с приложениями с интенсивным использованием данных, средами виртуализации, облачными вычислениями и высокопроизводительными вычислениями, которые требуют более высокой производительности и функциональности.
Ограничения традиционного оборудования
Традиционное оборудование центров обработки данных, включая сетевые карты на базе сетевых карт, больше не может удовлетворять потребности современных центров обработки данных.
Перегрузка процессора
Традиционная архитектура на основе NIC возлагает сетевые задачи на ЦП сервера, что приводит к перегрузке ЦП и неспособности справиться с высокоинтенсивными сетевыми нагрузками.
Сложность удовлетворения требований к высокой производительности.
Приложения с интенсивными вычислениями требуют более высокой производительности и низкой задержки. Традиционное оборудование не может обеспечить достаточную производительность, что приводит к возникновению узких мест в производительности.
Сложность в управлении и обслуживании.
По мере расширения масштабов центров обработки данных управление и обслуживание традиционного оборудования становится все сложнее. Рост виртуализации и микросервисов также увеличивает сложность управления.
Карта интеллектуального сетевого интерфейса (SmartNIC): за пределами традиционных сетей
SmartNIC — это новый тип сетевой карты, которая выходит за рамки традиционной функции передачи данных. Они оснащены мощными процессорами, памятью и специализированным оборудованием, которое может выполнять различные расширенные функции. Эти функции включают в себя улучшение сети, ускорение хранения, функции безопасности и многое другое. Основная цель интеллектуальных сетевых интерфейсных карт — разгрузить и ускорить различные сетевые задачи с центрального процессора хоста, предоставляя специализированные возможности обработки и аппаратные функции для повышения производительности сети, безопасности и эффективности.

Функции SmartNIC
Карты интеллектуального сетевого интерфейса предоставляют ряд расширенных функций, в том числе:
- Фильтрация пакетов данных и балансировка нагрузки.
- Обеспечение качества обслуживания (QoS).
- Ускорение хранения данных, включая удаленный прямой доступ к памяти (RDMA), iSCSI и NVMe через Fabric.
- Функции безопасности, такие как обработка брандмауэра и проверка системы обнаружения вторжений (IDS).
Эти функции делают интеллектуальные сетевые карты мощными инструментами для различных расширенных сценариев использования: от повышения производительности сети до повышения безопасности и ускорения хранения данных.
Ранние реализации SmartNIC
Центр SmartNIC В реализациях использовалась логика ASIC, управляемая регистрами, которая хорошо показала себя с точки зрения производительности, с очень низкой задержкой, высокой пропускной способностью пакетов и низким энергопотреблением (обычно от 15 до 35 Вт). Однако, несмотря на свои преимущества в производительности, им часто не хватало необходимой программируемости и гибкости. Для установки регистров им обычно требовались загадочные инструменты командной строки, и у них не было возможности программного управления пакетами и потоками.

Различные режимы развертывания SmartNIC
SmartNIC играют ключевую роль в различных сценариях развертывания, включая хранение, безопасность и сетевую обработку. Конкретные задачи, которые могут выполнять SmartNIC, включают обработку протоколов туннелирования (таких как VxLAN) и сложную виртуальную коммутацию, как показано на рисунке. Их конечная цель — потреблять меньше ядер центрального процессора, обеспечивая при этом более производительные решения по более низкой цене.
Разница между стандартными сетевыми картами и SmartNIC
Сетевая функция
Стандартные сетевые карты в основном предназначены для обработки базовых сетевых задач, таких как передача пакетов, сегментация и коррекция контрольной суммы. Хотя SmartNIC также выполняют эти задачи, они реализуют более сложные сетевые функции на самой карте, такие как фильтрация пакетов, балансировка нагрузки и обеспечение качества обслуживания (QoS), тем самым разгружая эти задачи с центрального процессора хоста. Это уменьшает задержку, снижает загрузку центрального процессора и повышает общую производительность сети.
Функция хранения
SmartNICs превосходны в ускорении хранения, особенно для современных приложений с интенсивным использованием данных. Они могут разгружать функции хранения, такие как удаленный прямой доступ к памяти (RDMA), iSCSI и NVMe через Fabrics, что увеличивает скорость передачи данных и снижает нагрузку на ЦП. Напротив, стандартные NIC не имеют аппаратных и вычислительных возможностей, необходимых для этих задач с интенсивным использованием данных.
Выгрузка задач на SmartNIC
Одним из самых заметных преимуществ SmartNIC является их способность переносить различные задачи с центрального процессора хоста на карту. Это касается не только сетевых функций и функций хранения, но и задач безопасности, таких как обработка брандмауэра и проверка системы обнаружения вторжений (IDS). Перемещая эти задачи на SmartNIC, центральный процессор хоста может освободить время для сосредоточения на обработке, специфичной для приложения, что повышает производительность приложения и уменьшает разрастание сервера.
Как выбрать между стандартными сетевыми картами и SmartNIC
Выбирая между стандартными сетевыми картами и SmartNIC, вам необходимо оценить ваши конкретные сетевые потребности и варианты использования. Вот некоторые факторы, которые следует учитывать:
Производительность и скорость
Если ваши приложения требуют отличной производительности сети, меньшей задержки и расширенных функций, таких как балансировка нагрузки, ускорение хранения и т. д., то SmartNIC могут быть лучшим выбором. Они могут разгружать и ускорять различные задачи, что повышает общую производительность.
Рабочая нагрузка и вариант использования
Учитывайте характер вашей рабочей нагрузки и вариант использования. SmartNIC имеют преимущество в сценариях с интенсивным использованием данных, виртуализированных средах, машинном обучении и облачных сервисах, поскольку эти сценарии требуют высокоуровневых сетевых функций и функций хранения. Если ваша среда требует большей функциональности и производительности, то SmartNIC могут оказаться более подходящим выбором.
Бюджет и стоимость
Вам также необходимо учитывать ограничения вашего бюджета при выборе карты. SmartNIC обычно дороже стандартных NIC, поскольку они предлагают больше функциональности и производительности. Если стоимость является ключевым фактором, то стандартные NIC могут быть более экономичным выбором.
Заключение
В области сетевых подключений мы часто выбираем между стандартными сетевыми интерфейсными картами (NIC) и интеллектуальными сетевыми интерфейсными картами (SmartNIC). Различные варианты использования и требования определят ваш лучший выбор. Некоторые Ethernet-адаптеры на базе Intel, такие как E810CAM2-2CP, обладают множеством расширенных функций, включая поддержку различных сетевых протоколов, таких как Ethernet, TCP/IP, UDP/IP и т. д., встроенного QoS, управления трафиком, iWARP/RDMA, RoCEv2/RDMA, интеллектуальной разгрузки и функций хранения, таких как iSCSI и NFS. Эти адаптеры тщательно протестированы и сертифицированы для обеспечения полной совместимости с различными операционными системами и гипервизорами, предоставляя сбалансированное и надежное решение для пользователей, которые ищут наилучшую производительность и функциональность сети. В дополнение к этим избранным решениям NIC также доступны Mellanox SmartNIC. В сотрудничестве с Mellanox Technologies эти SmartNIC открывают бесконечные возможности улучшения сети, разгрузки и безопасности. Независимо от того, выберете ли вы усовершенствованную сетевую карту или SmartNIC, вы можете быть уверены, что ваша сеть будет работать наилучшим, безопасным и эффективным образом в соответствии с вашими сетевыми потребностями. В постоянно развивающейся области сетей выбор правильной карты имеет решающее значение, поскольку он напрямую влияет на производительность вашей сети, безопасность и доставку приложений. Поэтому понимание плюсов и минусов стандартных сетевых карт и SmartNIC и того, как выбирать их на основе конкретных потребностей, поможет вам гарантировать, что ваша сеть сможет соответствовать меняющимся требованиям.
Сопутствующие товары:
-
Контроллер Intel®Ethernet E810-CAM2 100G, двухпортовый QSFP28, сетевой адаптер Ethernet PCIe 4.0 x16 $609.00
-
Intel® E810-CQDA1 Сетевой адаптер Ethernet 100G PCIe v4.0 x16, один порт QSFP28 $409.00
-
Плата адаптера NVIDIA Mellanox MCX653106A-ECAT-SP ConnectX-6 InfiniBand/VPI, HDR100/EDR/100G, двухпортовый QSFP56, PCIe3.0/4.0 x16, высокий кронштейн $828.00
-
Плата адаптера NVIDIA Mellanox MCX653105A-ECAT-SP ConnectX-6 InfiniBand/VPI, HDR100/EDR/100G, однопортовый QSFP56, PCIe3.0/4.0 x16, высокий кронштейн $965.00
-
Плата адаптера NVIDIA Mellanox MCX653105A-HDAT-SP ConnectX-6 InfiniBand/VPI, HDR/200GbE, однопортовый QSFP56, PCIe3.0/4.0 x16, высокий кронштейн $1400.00
-
NVIDIA Mellanox MCX512A-ACAT SmartNIC ConnectX®-5 EN Сетевая интерфейсная карта, 10/25GbE, двухпортовый SFP28, PCIe 3.0 x 8, высокий и короткий кронштейн $318.00
-
NVIDIA Mellanox MCX512A-ACUT SmartNIC с поддержкой UEFI (x86/Arm) Сетевая интерфейсная карта ConnectX®-5 EN, двухпортовый порт 10/25GbE SFP28, PCIe 3.0 x 8, высокий и короткий кронштейн $318.00
-
NVIDIA Mellanox MCX515A-CCAT SmartNIC ConnectX®-5 EN Сетевая интерфейсная карта, 100GbE, однопортовый QSFP28, PCIe3.0 x 16, высокий и короткий кронштейн $715.00
-
NVIDIA Mellanox MCX516A-CCAT SmartNIC ConnectX®-5 EN Сетевая интерфейсная карта, 100GbE, двухпортовый QSFP28, PCIe3.0 x 16, высокий и короткий кронштейн $985.00
-
NVIDIA Mellanox MCX621102AN-ADAT Сетевая интерфейсная карта SmartNIC ConnectX®-6 Dx Ethernet, 1/10/25GbE, двухпортовый SFP28, Gen 4.0 x8, высокий и короткий кронштейн $315.00
-
Сетевая интерфейсная карта NVIDIA MCX623106AN-CDAT SmartNIC ConnectX®-6 Dx EN, двухпортовый порт 100GbE QSFP56, PCIe4.0 x 16, высокий и короткий кронштейн $1200.00
-
NVIDIA Mellanox MCX631102AN-ADAT SmartNIC ConnectX®-6 Lx Сетевая интерфейсная карта Ethernet, 1/10/25GbE, двухпортовый SFP28, Gen 4.0 x8, высокий и короткий кронштейн $385.00
-
Плата адаптера NVIDIA Mellanox MCX653106A-HDAT-SP ConnectX-6 InfiniBand/VPI, HDR/200GbE, двухпортовый QSFP56, PCIe3.0/4.0 x16, высокий кронштейн $1600.00
-
Плата адаптера NVIDIA Mellanox MCX75510AAS-NEAT ConnectX-7 InfiniBand/VPI, NDR/400G, однопортовый OSFP, PCIe 5.0x 16, высокий кронштейн $1650.00