数据为中心的FPGA加速器技术

智能计算芯世界 2021-10-08 00:00



一、FPGA加速器


云、网、边协同的算力网络、在网计算的Dis-aggregation数据中心网络、以及异构计算系统总线中计算和网络协同和融合,提出了泛在网络加速器架构FIA。


  • 资源层:包括FPGA和CPU等可编程资源,异构计算,软硬件协同的网络处理框架

  • 功能层:可重构通用分组处理流水线RDP与可编程数据深度处理器PDP架构,包括基础库和架构

  • 应用层:用户面功能UPF开发库和控制模型


解决算网融合下网络编程及性能扩展问题,为网络功能卸载、用户功能加速提供运行环境;赋能端/智能网卡、网/交换机、边/网关的功能,构成泛在的网络加速器服务。


1、寄存器级:FPGA OS及开发框架

针对网络协议栈卸载和应用加速,提出了泛在网络加速器抽象FPGA OS,支持用户面功能UPF运行Runtime。


  • 泛在网络加速器抽象FPGA OS:提供了DMA、网络接口、数据缓存、控制总线等外围基本模块

  • 用户面功能模块开发框架:提供关键字、时间戳、Buffer索引等Metadata信息,支持对报文内容的操作

  • Metadata:标识vNF,实现FPGA OS与UPF参数、中间结果交互。


为实现近数据计算提供计算、网络和存储等资源,将智能网卡功能加速从网络协议栈扩展到了特定的用户面功能。

2、指令级:可编程数据深度处理器RMT+/P4

针对无状态和有状态的协议处理差异,协议无关的分组处理方式成为基础,设计了可编程的硬件处理逻辑RMT,支持在线功能重构,线速处理。


  • 协议无关的解析引擎,包括TLV表示的协议状态转换表,关键字提取

  • 查表匹配引擎,基于CAM的带掩码的查找

  • 交叉开关,关键字等Metadata与ALU的通路

  • ALU,支持加、减、移位等基本运算

  • 逆解析器,报文头选项的编辑,报文头与报文体的合并等


完全RMT模型实现,支持P4语言编程,支持在线功能重构,将FPGA抽象成P4执行器。

3、模块级:控制和编排器

异构网络设备统一管理,支持端到端的管理


  • 基于开源控制器,设计了软件定义可重构智能网卡、SDN交换机、超融合网关的统一的抽象层,支持软件定义可重构智能网卡、SDN交换机和网关统一管理,构成泛在的网络加速服务层

  • 统一的设备状态数据库、网络拓扑显示界面

  • 支持二层、三层路由转发,支持ACL,支持负载均衡等功能应用

  • 多元网络功能统一调度,支持动态赋能

  • 基于FAST的软硬件功能协同

  • RMT多级流水ALU处理


二、应用场景

1、软件定义智能网卡原型

  • 云数据中心应用种类繁多,针对云-端通信,适配了主流的网络传输层协议QUIC

  • 面向云数据中心多租户应用,基于智能网卡原型,部署了k8s虚拟化环境,容器虚拟网络二层交换、三层转发功能

  • 与系统协议栈、云计算平台等具有良好的兼容性

  • 支持软件定义边界扩展到服务器第一跳


2、超融合安全网关

  • 以自主可控高性能交换芯片为前端分流器,泛在网络加速器FPGA作为业务运行平台,支持网关功能加速

  • 数据中心门户业务负载均衡、NAT等 

  • 流量压缩解压缩、加解密、清洗等

  • 应用防火墙等功能卸载

  • 基于加速器FPGA开发框架对网关进行重构和功能扩展

  • 基于加速器FPGA开发新型网关功能,如隐蔽信道检测、地址跳变等

  • 与智能网卡共同支撑数据中心网络纵深安全


3、异构可重构计算架构

计算、加速、I/O基于敏捷交换解耦,易于资源扩展、统一管理、开发集成。


  • 计算:轻量级虚拟化FAST UA;类Docker的虚拟化技术;支持自定义功能的卸载和负载均衡

  • 加速:泛在网络加速器FPGA即服务;泛在网络加速器FPGA OS;加速与卸载等算力提升的重要手段

  • 互连:低延迟时间触发通信


下载链接:

2021中国智能网卡分享(上)

运营商智能网卡部署场景探索及思考.pdf 

DPU技术创新赋能5G与数据中心.pdf 

阿里高性能网络探索与实践(最终版).pdf 

异构高性能计算平台网络发展的趋势和挑战.pdf 

国产智能网卡在信创云场景的应用实践.pdf 

DPU驱动数据中心成为计算单元.pdf


2021中国智能网卡分享(下)
2021中国智能网卡研讨会-软硬件融合.pdf
锐文科技_智能网卡论坛.pdf
浪潮智能网卡创新与实践 (公开版).pdf
锐捷智能网卡演进之路.pdf
可编程智能网卡Agilio--共享版.pdf 
数据为中心的FPGA加速器技术.pdf 



下载链接:

2021中国智能网卡分享(上)

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