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FPGA SmartNIC Sport Dual 25-GbE-Ports

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Die U25 SmartNIC von Xilinx bietet mehr Rechenleistung zur Bewältigung intelligenter Netzwerkaufgaben.

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Heutzutage ist ein Computernetzwerk mehr als nur das Schieben von Paketen. Diese Pakete werden jetzt viel genauer untersucht und dabei oft massiert. Von der Verschlüsselung bis zur Videotranskodierung kann alles auf dem Weg passieren. Oftmals wird diese Arbeit in einem Host-Prozessor durchgeführt, so dass Daten in einen Host hinein und aus einem Host heraus bewegt werden müssen. Das ist nicht schlecht für einen einzelnen Hop, aber wenn mehrere Aufgaben auf einen Datenstrom angewendet werden, kann das Hin- und Hergehen viel Overhead erzeugen.

Wenn man etwas Intelligenz in die Netzwerkkarte (NIC) einbaut, können einige Aufgaben lokal ausgeführt werden, ohne dass ein Host-Prozessor beteiligt ist. Die U25 SmartNIC von Xilinx (Abb. 1) bietet mehr Rechenleistung für die Abwicklung dieser Art von Netzwerkarbeit.

Die U25 basiert auf dem Xilinx-eigenen Zynq-System-on-Chip (SoC). Das SoC umfasst auch über 520K LUTs und einen Vierkern-Arm-Cortex-A53-Prozessorkomplex. Das Board verfügt zusätzlich über 6 GB DDR4-SDRAM und ein Paar 10/25-Gigabit-Ethernet (GbE)-Ports mit SFP28-Verbindungen. Außerdem gibt es ein Paar x8 PCI Express Gen 3-Ports.

Der Prozesskomplex agiert eher als Verkehrspolizist, so dass die FPGA-Fabric die schwere Arbeit bewältigen kann. Seine Bump-in-the-Wire-Beschleunigung kann Aufgaben wie Verschlüsselung, Videotranscodierung und sogar maschinelle Lernalgorithmen bewältigen. Der Chip kann auch die regelmäßige Deep Packet Inspection (DPI) und die Sicherheitsverarbeitung durchführen, die häufig in anderen intelligenten NICs zu finden sind. Er kann sogar NVM Express (NVMe) Unterstützung für einen Host bieten.

Xilinx bietet Unterstützung, die es einfach macht, FPGA-IPs von Drittanbietern oder benutzerdefinierte FPGA-IPs auf dem U25 SmartNIC zu verwenden. Dies ist der typische Ansatz für den Einsatz von FPGAs im Unternehmen und im Rechenzentrum. Der FPGA bietet die Flexibilität und Leistung, aber die Entwickler stellen die gebündelte Funktionalität zur Verfügung, die Netzwerkmanager auf ihre Karten programmieren können.

Die Hardware-Beschleunigung hilft viel, aber die Onload-Technologie von Xilinx geht noch ein Stück weiter. Sie verbindet den Adapter direkt mit der Anwendung und umgeht dabei das Betriebssystem (Abb. 2). Sie kann den TCP-Durchsatz um bis zu 400% verbessern und die Latenzzeit um 80% reduzieren. All dies bei gleichzeitiger Reduzierung der Latenz und des Jitters auf nahezu Null.

Die Onload-Software verfügt über binärkompatible, dem Industriestandard entsprechende Schnittstellen. Dadurch kann Onload ohne Änderungen mit bestehenden Anwendungen arbeiten. Ein Großteil der Leistungsverbesserung wird durch die Begrenzung der Datenbewegung und der Kontextwechsel erreicht, die auf einem Host häufiger vorkommen als bei einer FPGA-Fabric.

Der PCIe-Formfaktor der Karte ist in den meisten Fällen nützlich; Xilinx hat jedoch eine Lösung für die auf dem Open Compute Project (OCP) basierenden Systeme. Die X2562 (Abb. 3) hat auch ein Paar 10/25-GbE-Ports. Die intelligente NIC mit niedriger Latenzzeit ist mit Windows, Linux und VMware kompatibel. Sie verfügt über eine eigene sichere Firmware-Upgrade-Unterstützung sowie Onload-Unterstützung.

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