【嘉勤点评】芯启源的智能网卡专利，通过利用TCAM的独有特性实现卸载的OpenFlow表，减少了大量流表项，把流表处理的工作全权交给TCAM，从FPGA设计里剥离出来，简化了网卡系统设计，同时加速了流表项的搜索。
集微网消息，全球芯片巨头集聚DPU赛道，而芯启源凭借智能网卡和独特的芯片设计方法论逐鹿群雄。
SDN是网络信息化时代进化的一个阶段产物。OVS是SDN领域中的重要的应用。但由于OVS是由软件层面实现的，且依赖Linux内核，导致性能低下。随着虚拟机数量的增加，每个虚机对网络的特性和性能都有不同的要求，需要把软件实现的网络特性卸载到底层硬件，优化数据流通路以提高网络通信性能，因此智能网卡的概念随之诞生。智能网卡不仅要满足普通网卡的功能也要满足对SDN定义的网络特性的支持。如何设计智能网卡的系统结构是最核心的问题。
为此，芯启源于2020年9月18日申请了一项名为“一种FPGA结合TCAM实现智能网卡的方法”的发明专利（申请号: 202010984877.4），申请人为芯启源（南京）半导体科技有限公司。
图1 智能网卡网络数据包流控示意图
图1为本发明提出的智能网卡网络数据包流控示意图，其中，以OpenFlow流表卸载为基础，直接取缔Megaflow流表和Microflow流表，从很大程度上减少了流表项的个数。利用TCAM存储OpenFlow表以及对应的执行动作，把这部分工作从FPGA剥离出来。
图2 智能网卡生成的数据流在TCAM运行示意图
图2为智能网卡生成的数据流在TCAM运行示意图，从RTL逻辑生成的数据流作为搜索数据进入TCAM，首先通过1号路径，进入流表1搜索，匹配中了流表项1，它指向的结果从映射到AD1的表项获取，获取的动作去往流表4；数据流作为搜索数据通过2号路径，进入流表4搜索，匹配中了流表项2，它指向的结果从映射到AD2的表项获取，获取的动作去往流表3；该数据流作为搜索数据再进入通过3号路径，进入流表3搜索，匹配中了流表项3，它指向的结果从映射到AD3的表项获取，动作为转发，把这个动作作为输出结果，交给接下来的逻辑通路按输出的动作处理对应的网络报文。
图3 智能网卡设计总览示意图
图1为智能网卡设计总览示意图，其中软件层面，使用UIO PCIe驱动程序把来自FPGA的所有寄存器映射到用户层，软件实现自定义配置层以实现对硬件层的配置和控制。由SDN相关的云应用与OpenFlow控制器交互信息，可通过OVS提供的ovs-ofctl以及ovs-appctl查看流表内容，端口基本信息以及状态。OpenFlow控制器通过提供的接口，与OVS的vswitchd进程通信，且负责配置管理。vswitchd再通过ofproto，ofprto-dpif，dpif，dpif-provider的层层调用到dpif硬件加速层。dpif硬件加速层，负责TCAM，MDIO的配置以及QDMA的通信。它负责下发MDIO配置到由UIO驱动的桥上，与TCAM通信，对TCAM进行基础的配置和初始化；负责与TCAM自带的SDK交互，以到对流表以及流表项的操作；还负责与QDMA做交互，作为系统调用需要上传和下发数据的纽带。TCAM自带的SDK通过传输层与QDMA做数据交互，QDMA通过由UIO驱动的桥，才能与FPGA做交互。FPGA须提供若干端口让网络包进入快速通路，遵循ILK协议与TCAM通信，支持SR-IOV提供VF接口，提供包计数统计等功能。
简而言之，芯启源的智能网卡专利，通过利用TCAM的独有特性实现卸载的OpenFlow表，减少了大量流表项，把流表处理的工作全权交给TCAM，从FPGA设计里剥离出来，简化了网卡系统设计，同时加速了流表项的搜索。
芯启源智能网卡是国内唯一一款基于独特的、可扩展的“众核”SoC架构DPU芯片，兼具了FPGA高效、灵活可编程和专用处理器芯片低成本、低功耗的优势。芯启源推动自身DPU产品的迭代升级并实现了更快的产业化进程。
