軟體定義、硬體加速 FPGA實現「組合式資料中心」

作者 : Judith Cheng,EE Times Taiwan

當各種能讓工/商業順暢運作、與大眾日常生活息息相關的服務,都得仰賴雲端運算與儲存,資料中心面臨的挑戰不只是運算力的提升,還得保持可擴展性與靈活性,以隨時因應來自客戶的不同需求、技術的變化和五花八門的應用創新。

隨著數位化時代的來臨以及一場肆虐全球的疫情,資料中心不僅創造了無窮商機,其肩負之任務的重要性也日益顯著;除了建置規模不斷擴大,所執行的運算工作負載也朝著越來越多元化的方向發展。當各種能讓工/商業順暢運作、與大眾日常生活息息相關的服務,都得仰賴雲端運算與儲存,資料中心面臨的挑戰不只是運算力的提升,還得保持可擴展性與靈活性,以隨時因應來自客戶的不同需求、技術的變化和五花八門的應用創新。

「資料中心是沒有範本(template)的,不存在『典型』的資料中心;」賽靈思(Xilinx)資料中心市場行銷總監Ed Wright表示,資料中心工作負載會持續不斷、動態地變化,也不存在單一或某種特定類型的應用能扮演主導角色,因此如何讓資料中心在不需要進行硬體升級與擴展的情況下彈性因應各種應用變化,成為一大課題。對此賽靈思提出的解決方案是「組合式資料中心」,將運算、網路與儲存(記憶體)分離,從基礎設施到元件層級都能實現可配置、可擴展的優勢,滿足不同應用的客製化需求。

賽靈思在2021年最新推出的Alveo SN1000,就號稱是業界首款能實現「組合式資料中心」的SmartNIC。該方案具備控制層與資料層分離的異質架構,採用賽靈思16奈米UltraScale+低延遲XCU26 FPGA和16 核心Arm處理器,為10/25/100Gbps連結提供雙QSFP埠,具備先進的小資料封包效能和PCIe Gen 4互連,利用Vitis Networking軟體平台和P4、C和C++等業界標準高階程式語言,軟體開發人員可以打造在SmartNIC的硬體中執行的網路功能、協議以及應用,不必更換硬體即可為各種功能卸載提供「以軟體定義的硬體加速」。此外,SN1000的開放架構能以線路速率加速廣泛的連網功能,從而直接卸載CPU密集型任務以最佳化效能。

 

圖1:SN1000的「可組合式資料中心」應用範例。

 

針對SN1000實現的「組合式資料中心」,賽靈思資料中心事業部網路與儲存產品管理總監Kartik Srinivasa進一步藉由圖1的應用範例解釋,最左邊FPGA為資料層,最右方Arm處理器負責的是控制層,中間則為支援左右兩個層面的記憶體。賽靈思預先對SmartNIC硬體進行了包括OVS、網路虛擬化安全和儲存等功能的加速,客戶可以根據需求對資料層進行配置,加速遠端存取、防火牆等功能。客戶也可以選擇將預先加速的功能去除,自行編程其他覺得重要的功能加速,例如自有的客製化虛擬交換機。

除了最新SmartNIC產品,針對熱門的AI影像分析以及高頻率交易(HFT)應用,賽靈思亦發表智慧世界(Smart World)影像分析平台,與在Vitis平台上提供、於Alveo加速器卡執行的加速演算法交易(accelerated algorithmic trading,AAT)參考設計,後者號稱可讓軟體開發人員無需開發客製化硬體,就能快速實現高效能的次微秒低延遲交易。同時賽靈思還推出了應用程式商店Xilinx App Store,提供可立即部署的預建構容器化應用程式,支援AI 影像分析、反洗錢、即時影像轉碼等等應用,號稱使用者不需要具備硬體專業知識,只需要10分鐘就能在本地Alveo或雲端執行應用程式,並提供靈活的付費或永久性授權使用選項。

賽靈思表示,針對資料中心營運商的個別應用需求,該公司除與這些業者密切合作開發FaaS ( FPGA as a Service )模型,亦透過SaaS (Software as a Service )模型與Alveo生態系的獨立軟體供應商(ISV)夥伴合作,提供以Alveo為基礎的解決方案。展望未來,賽靈思看好互動式影音串流以及電信服務應用市場;該公司舉例指出,如電信業者正在尋求整合SmartNIC從核心到邊緣網路的應用,包括網路功能虛擬化(NFV)和AI推論,以FPGA為基礎的方案將能為這個成長中的市場帶來新契機。

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2021年4月號

 

 

 

 

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