В чем разница между SmartNIC и NIC?

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, выходящий за рамки традиционной функции передачи данных. Они оснащены мощными процессорами, памятью и специальным оборудованием, способным выполнять различные расширенные функции. Эти функции включают в себя улучшение сети, ускорение хранения данных, функции безопасности и многое другое. Основная цель интеллектуальных сетевых карт – offзагружать и ускорять различные сетевые задачи с помощью центрального процессора, предоставляя специальные возможности обработки и аппаратные функции для повышения производительности, безопасности и эффективности сети.

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

Рано 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 адаптеры в основном предназначены для решения основных 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 offзагрузка этих задач с центрального процессора. Это уменьшает задержку, снижает загрузку ЦП и повышает общую производительность сети.

Функция хранения

SmartNIC превосходно справляются с ускорением хранения данных, особенно для современных приложений с интенсивным использованием данных. Они могут offзагружать функции хранения данных, такие как удаленный прямой доступ к памяти (RDMA), iSCSI и NVMe over Fabrics, которые увеличивают скорость передачи данных и снижают нагрузку на процессор. Напротив, стандартным сетевым картам не хватает аппаратных средств и вычислительных возможностей, необходимых для выполнения задач, требующих большого объема памяти.

Сложность задачи offзагрузка в SmartNIC

Одним из наиболее заметных преимуществ SmartNIC является их способность offзагружать различные задачи с центрального процессора на карту. Сюда входят не только функции сети и хранения, но и задачи безопасности, такие как обработка брандмауэра и проверка системы обнаружения вторжений (IDS). Перенеся эти задачи на SmartNIC, центральный процессор может высвободить время, чтобы сосредоточиться на обработке конкретных приложений, что повышает производительность приложений и уменьшает разрастание серверов.

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 вашим приложениям требуется отличная производительность сети, меньшая задержка и расширенные функции, такие как балансировка нагрузки, ускорение хранения и т. д., то SmartNIC могут быть лучшим выбором. Они могут offзагружать 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

Вы также должны учитывать свои бюджетные ограничения при выборе карты. SmartNIC обычно дороже стандартных сетевых карт, поскольку они offэ-э, больше функциональности и производительности. Если стоимость является ключевым фактором, то стандартные сетевые карты могут оказаться 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 адаптеры Ethernet на базе процессоров Intel, такие как E810CAM2-2CP, имеют множество расширенных функций, включая поддержку различных сетевых протоколов, таких как Ethernet, TCP/IP, UDP/IP и т. д., встроенное качество обслуживания, управление трафиком, iWARP/ RDMA, RoCEv2/RDMA, умный offфункции загрузки и хранения, такие 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, которым нужна максимальная производительность и функциональность сети. В дополнение к этим предлагаемым сетевым картам доступны также сетевые карты Mellanox SmartNIC. В сотрудничестве с Mellanox Technologies эти SmartNIC открывают безграничные возможности улучшения сети. offнагрузка и безопасность. Независимо от того, выберете ли вы усовершенствованный сетевой адаптер или SmartNIC, вы можете быть уверены, что ваша сеть будет работать наилучшим, безопасным и эффективным способом в соответствии с вашими сетевыми потребностями. В постоянно развивающейся области сетевых технологий выбор правильной карты имеет решающее значение, поскольку это напрямую влияет на производительность, безопасность и доставку приложений вашей сети. Таким образом, понимание плюсов и минусов стандартных сетевых карт и SmartNIC, а также того, как их выбирать в зависимости от конкретных потребностей, поможет вам гарантировать, что ваша сеть сможет удовлетворить меняющиеся требования.