由於越來越多的物聯網裝置每天上線，以及 5G 網路的普及讓更多裝置上線，使資料中心越來越飽和，資料中心營運商正在尋找能夠從伺服器中榨取最大效能的方法。資料中心營運商可以透過在伺服器中增加 SmartNIC 來從相同的硬體中獲取更多效能。SmartNIC 讓營運商能夠從現有硬體中榨取更多效能，因為它們可以將部分網路、儲存和安全功能從伺服器 CPU 卸載到 SmartNIC。這得益於 SmartNIC 配備的強大處理能力和效能加速器。現在我們知道為什麼要討論 SmartNIC，讓我們來探討一般 NIC 和 SmartNIC 之間的差異，但在深入探討這些差異之前，讓我們先解釋什麼是標準 NIC 和什麼是 SmartNIC？
什麼是標準 NIC？
網路介面控制器 (通常稱為 NIC) 是一種將電腦連接到網路的電腦硬體元件。標準 NIC 透過網際網路通訊協定 (IP) 實現同一區域網路 (LAN) 上的電腦和大型網路之間的通訊。如今，我們將重點放在標準有線 NIC，由於其可靠性和穩健性，它們經常在資料中心中使用。
什麼是 SmartNIC？
SmartNIC 是一個專用硬體，可用於加速網路、儲存和安全功能。此外，它們還可以執行虛擬化、負載平衡和資料路徑最佳化。SmartNIC 通常由網路介面控制器、多核心 CPU (可選擇增加 FPGA 和/或 GPU) 所組成。SmartNIC 配備了運算能力，使其能夠將所有網路功能、安全功能和儲存功能從主機伺服器卸載到 SmartNIC，從而釋放寶貴的處理能力。釋放處理能力可讓伺服器更有效率地專注於執行創收企業應用程式和作業系統。此外，網路虛擬化通訊協定也可以卸載到 SmartNIC。可卸載的通訊協定包括 VXLAN、NVGRE、Geneve 通訊協定等等。此外，SmartNIC 還能夠執行以下功能：封包檢查、流表處理、加密、VXLAN 覆疊和 NVMe-oF。
SmartNIC 與標準 NIC
標準 NIC 僅充當資料中心伺服器或電腦在資料網路之間的仲介。另一方面，SmartNIC 可以程式化以執行標準 NIC 無法執行的功能。例如，標準 NIC 無法執行封包處理功能，包括封包過濾、時間戳記、重複資料刪除、流分流和流分類。基本 NIC 僅促進網路上的電腦之間的通訊；它們不夠智慧，無法執行其他功能，也不夠智慧，無法從主機系統的 CPU 卸載功能。讓我們探討一些 SmartNIC 能夠執行而標準 NIC 無法執行的功能。這是因為 SmartNIC 具有運算層，而標準 NIC 沒有。運算層使 NIC 能夠在 SmartNIC 本身執行自訂軟體。
1. 網路功能
SmartNIC 能夠執行的網路功能包括路由、防火牆、遙測、負載平衡、NAT 和覆疊網路。所有這些都可以由 SmartNIC 的 CPU 處理，從而減少主機伺服器 CPU 的負載，釋放資源以執行其他創收企業應用程式。
2. 儲存功能
SmartNIC 還可以充當儲存控制器，管理資料中心伺服器上的硬碟 (HDD) 或固態硬碟 (SSD)。此外，SmartNIC 通常與伺服器中的儲存設備連接到相同的 BUS。因此，SmartNIC 可以直接與儲存裝置通訊，無需資料流向伺服器 CPU，而是資料只需從儲存裝置流向 SmartNIC。此外，SmartNIC 可以在 NIC 本身執行 VMware NSX，提高網路頻寬，減少延遲，並釋放 CPU 週期以獲得更好的應用程式效能。
3. DDoS 防禦
SmartNIC 可以保護資料中心伺服器免受 DDoS 攻擊。DDoS 攻擊發生在個人或組織用大量流量淹沒目標網路或伺服器時，導致目標站點或網路的正常流量服務中斷。SmartNIC 具有阻止 DDoS 攻擊的能力。將 DDoS 攻擊的偵測和預防從主機伺服器卸載到 SmartNIC，可以防止主系統 CPU 被 DDoS 攻擊淹沒，並提高 DDoS 緩解能力。這是因為 SmartNIC 可以程式化為動態丟棄 DDoS 攻擊封包。F5 聲稱，配備 SmartNIC 的資料中心伺服器可以承受比沒有 SmartNIC 的伺服器大 300 倍的 DDoS 攻擊。此外，SmartNIC 可以過濾所有傳入和傳出封包，類似於 Ip Tables 的工作方式，為過濾網路流量提供了穩健的架構。
4. 加密
此外，DPU 可以透過將資料加密從伺服器 CPU 卸載到 DPU 來加速資料中心伺服器。資料處理單元內建基於硬體的加密和金鑰基礎設施引擎，包括真實亂數產生器、內建 PKI 引擎和安全金鑰儲存，可將會話金鑰加密儲存在記憶體中。此外，在安全性方面，SmartNIC 提供了顯著的安全性，因為它們在主機系統的作業系統和 SmartNIC 的作業系統之間建立了空氣間隙，防止了對 SmartNIC 作業系統的攻擊。
5. 從 CPU 卸載任務到 SmartNIC
SmartNIC 能夠將伺服器 CPU 的運算密集型任務卸載到 SmartNIC，這對資料中心來說非常重要，因為營運商通常希望從現有硬體中榨取盡可能多的效能，而 SmartNIC 允許他們透過將任務從主機伺服器 CPU 卸載到 SmartNIC 的多核心處理器來做到這一點。SmartNIC 為資料中心營運商提供了更多的效能，而無需更換所有現有硬體。SmartNIC 可以輕鬆整合到傳統資料中心伺服器中，因為它們透過 PCIe 插槽插入。
標準 NIC 與 SmartNIC 的主要元件是什麼？
標準 NIC 由乙太網路埠、少量用於儲存通訊資料的記憶體，以及一個低功耗處理器組成，用於轉換資料訊息以便進行通訊。另一方面，SmartNIC 採用強大的多核心處理器、配備 (10/25/50/100/200 Gigabit 乙太網路埠) 的高效能網路介面控制器，以及一組豐富且靈活的可程式化加速引擎，以提高特定應用程式的效能。此外，一些 SmartNIC 還配備了 GPU，用於加速 AI 工作負載，例如機器學習和深度學習。因此，此時您可能已經知道，SmartNIC 顯然更強大，並配備了使其比標準 NIC 更智慧的技術。儘管如此，標準 NIC 仍然經常在伺服器上使用，即使是配備 SmartNIC 的伺服器，也用於在資料中心伺服器和電腦之間移動資料。
資料中心還在使用哪些其他效能加速器？
讓我們看看資料中心為應對資料量和資料速度的增加而正在使用的其他效能加速器。效能加速器包括 GPU (圖形處理單元)、運算儲存裝置 (CSD) 和 FPGA。
1. GPU (圖形處理單元)
來源圖片 (Nvidia)
GPU 通常會加入到伺服器中以加速涉及數學計算的工作負載。GPU 非常適合此類工作負載，因為它們通常有數千個小核心，使它們能夠平行執行許多任務。因此，GPU 經常用於機器學習和深度學習等嚴苛的工作負載，因為它們可以同時處理多個計算。此外，GPU 比 CPU 更好地處理大量資料。因此，處理的資料量越大，就越有可能透過增加 GPU 來提高伺服器的效能。GPU 平行處理資料的能力使其非常適合執行人工智慧、高解析度視訊編輯、醫學影像和許多其他嚴苛工作負載的伺服器。
2. CSD（計算儲存裝置）
資料來源 (Samsung)
計算儲存是另一種效能加速器，正用於資料中心伺服器來加速伺服器。計算儲存裝置與一般儲存裝置不同，因為它們配備多核心處理器，允許它們在儲存裝置層級處理資料。在儲存裝置層級處理資料可減少主 CPU 的壓力，因為資料無需傳送至 CPU。此外，在儲存裝置層級處理資料可讓組織即時提取有價值的見解。此外，使用計算儲存裝置可減少延遲，因為資料在儲存裝置本身上處理，無需透過系統傳輸到 CPU。此外，由於資料在儲存裝置上處理，無需傳輸，資料較不易被盜用。此外，我們的系統支援對等 DMA，允許系統在不經過 CPU 或 RAM 的情況下將資料從一個裝置直接傳送到另一個裝置。這很棒，因為在 PCIe 總線上從一個裝置傳送資料到另一個裝置時，沒有 CPU 負擔，也不需要同步。此外，它還提供較低的延遲和較少的資料移動，釋放了寶貴的 PCIe 頻寬。
3. FPGA（現場可程式化閘陣列）
資料來源 (Mouser Electronics)
FPGA 是一種由邏輯方塊、I/O 單元和其他效能加速器組成的積體電路，可以根據使用者的特定要求進行重新程式設計和重新配置。FPGA 因其加速人工智慧工作負載（例如機器學習和深度學習）的能力而廣受歡迎。FPGA 也因其可重新程式設計的特性而被用於製造 SmartNIC。基於 FPGA 的 SmartNIC 可以將網路、儲存和安全功能從主伺服器的 CPU 卸載到 SmartNIC，從而釋放寶貴的 CPU 週期，用於執行企業應用程式和作業系統。FPGA 的可客製化性和對手頭任務的適應性是其他地方無法找到的。儘管如此，負責程式設計的個人仍需要專業培訓。
重點
重點是，SmartNIC比一般 NIC 顯著更智慧，因為它們配備了多核心處理器和效能加速器，可以將網路、安全和儲存功能的處理從資料中心伺服器 CPU 卸載到SmartNIC，從而釋放寶貴的 CPU 週期，用於提高創收企業應用程式的效能。隨著儲存和存取的資料量和速度持續增加，釋放 CPU 週期以提高創收應用程式的效能變得越來越重要。隨著摩爾定律放緩和處理器效能改進速度減慢，資料中心營運商正在尋求 SmartNIC 等效能加速器伺服器，以提高其資料中心的效能。此外，SmartNIC 是智慧的，因為它們是可程式設計的，為 OEM和部署它們的組織提供了一個堅實的平台，可以根據其特定要求進行程式設計。Premio 提供各種SmartNIC伺服器供您選擇。如果您需要協助選擇配備SmartNIC的伺服器，請聯絡我們，我們的SmartNIC伺服器專業人員將協助您選擇符合您特定要求的解決方案。
