转发自公众号“FPGA加速器”，欢迎关注。云计算环境下，软件定义数据中心网络管理控制策略向端系统网络组件延伸，软件交换机OVS成为网络第一跳，实现云计算网络关键功能，也成为CPU主要任务之一。随着多租户应用的部署，服务器聚合带宽迅速提升，软件交换机的处理成为服务器CPU关键负载，严重影响云计算应用效能。卸载CPU负载成为主要需求之一，软件定义智能网卡技术出现。
软件定义智能网卡最终目标是什么？高山理解主要包括：
1级目标：网络协议栈加速
（1）软件交换机卸载：软件交换机OVS已经在操作系统中按照内核态Microflow、Macroflow等查表方式对Openflow用户态datapath进行了加速，微软也在HostSDN中采用GFT方式对VFP处理中的规则进行卸载，软件交换机的卸载成为基本要求。在实现方式，主要有两种，一种是流Cache，类似于微软的GFT，在智能网卡采用精确匹配方式，实现分组快速转发；另一种是规则Cache，在智能网卡中采用算法实现规则查表，实现分组快速转发。
（2）TCP/IP卸载：在以往的商用网卡中普遍实现了TCP/UDP的分片重组，实现操作系统协议栈的批处理，Chelsio等网卡已经实现了TCP/IP卸载。在零拷贝等用户态协议栈驱动下，TCP/IP完全卸载成为趋势。
（3）RDMA：与TCP/IP卸载并列的一种网络数据传输方式，在无损数据中心网络环境下，RDMA over CEE等成为可能，阿里巴巴的HPCC赋能RoCE成为典型案例。随着intelligence lossless data center工作组成立，无损数据中心成为基础，智能网卡卸载RDMA成为标配。
2级目标：Hypervisor卸载
（1）IO虚拟化：在私有云环境下，在裸金属服务器上向租户提供虚拟网络接口成为基础。SR-IOV不仅为租户提供虚拟的物理接口，还提供了独立的队列，支撑了裸金属云计算。另外，在SR-IOV的驱动下，软件交换机卸载也成为必须。
（2）网络虚拟化：软件交换机中VxLAN等隧道封装技术，在网络拓扑上构建了独立的网络、在路由交换方式上构建了隔离的数据平面，有效支撑多租户虚拟网络的构建。另一方面，网络带宽的管理也是网络虚拟化的基础，还需要服务质量保障等技术实现多租户网络带宽的隔离，从而实现网络分片。
（3）控制器代理卸载：大家一直忽视的一个问题是软件交换机的控制代理的运行环境，软件交换机卸载后，其与Openflow控制器交互的控制器代理也成为卸载的主要对象。Mellanox等已经在智能网卡的CPU上运行CentOS为Openflow控制器代理提供运行环境，控制器代理卸载后将实现Hypervisor的完全卸载。
3级目标：应用数据处理
（1）加解密：TLS、QUIC等网络协议的部署，其中网络加解密处理对服务器CPU处理又带来了较中的负载，这些基本功能的卸载也将极大减轻服务器CPU的负载。
（2）压缩/解压缩：海量数据传输过程中能否对冗余数据进行编码，减小数据传输量。比如，PANIC提出采用Lzrw1对分组进行压缩，这种在线处理面临严重的性能挑战。
从网络、Hypervisor，以及应用三个层次对软件定义智能网卡设计目标，进行了分类整理。随着智能网卡功能的丰富，比如，在线的加速器等在网计算应用，目前，微软的Catapult工程中，智能网卡实现bing搜索等功能，这些面向应用的加速功能不在网卡的研究范畴。
作者：珠穆朗玛2048
来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/361302104更多FPGA智能网卡相关技术干货请关注FPGA加速器技术专栏。
