基于英特尔FPGA IPU C5000X平台的IPU提升数据中心的收益和性能

随着云不断为增强本地数据中心助力，在友商云集、竞争激烈的云服务提供商行业，提供质高价优的服务正变得日益重要。为始终做到让客户满意，云服务提供商必须能够提供低成本、高性能的云服务，而这些服务通常要求使用配备了高速处理器、存储和网络连接组件的基础设施。

云服务提供商的利润取决于单个 CPU 可实现的收益。这或者通过云计算服务直接变现来实现，或者通过以服务形式交付的云原生应用来实现。日益提高的网络速度使这一情况愈发复杂，因为传统的数据中心架构要求使用宝贵的服务器 CPU 内核来处理网络开销任务。尽管部分基础网络接口控制器 （NIC） 可从服务器 CPU 卸载一定量的数据包处理任务，但在网速不断攀升、本地和分离式存储需求持续增加、新的安全和管理层纷纷涌现的情况下，提高卸载能力势在必行。除此之外，当网络速度提升至 100 Gbps时，由于数据中心完全依赖 CPU 内核来执行日益复杂的网络功能，其整体性能很有可能会受到影响。

FPGA 是多代微软 Azure SmartNIC 基础设施的核心组件，为我们提供了灵活且具差异化特点的高性能解决方案。很高兴看到英特尔更进一步，推出英特尔 FPGA Smart NIC C5000X 平台，以突破性创新持续引领行业发展。全新平台将有利于云服务提供商通过在数据中心集成 FPGA 技术来提升效率，并以更加灵活的方式满足自身的需求。

——Derek Chiou，微软合作伙伴架构师

基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 可通过卸载服务器 CPU 部分网络功能，帮助数据中心提高性能，进而增大网络吞吐量并降低时延。此外，这种 IPU 还可以自定义，通过卸载服务器 CPU 的网络管理和安全功能，帮助提高数据中心的自动化和安全水平。通过在数据中心部署基于英特尔 FPGA IPU C5000X平台的IPU，云服务提供商可在增加单个CPU利润的同时，实现切实可见的性能增益。

借助基于英特尔 FPGA IPU C5000X平台的 IPU提升服务器 CPU 利用率和性能

基础 NIC 与当前数据中心架构中常见的 NIC 一样，都是基于专用集成电路 （ASIC） 的网络设备。尽管这些 NIC 已成功使用数十年，但它们的功能相对固定，且专门用于传统的数据包处理。这会将现代高速云数据中心大部分的网络和存储开销重担放在服务器CPU 身上。可用来执行创收任务的 CPU 周期不得不分配去处理基本的网络和存储基础设施开销。而随着网速的提高，又需要增加 CPU 才能及时应对这种局面。

基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 可将网络开销处理、存储、加密等安全功能以及网络管理等功能卸载至专用 FPGA 和英特尔 至强 D 处理器并实现速度提升，因此具有更高的可编程性和灵活性。

通过从服务器 CPU 内核卸载上述功能，基于英特尔 FPGA IPUC5000X 平台的 IPU 不仅可以提供更多基础设施处理功能、支持更高的网络速度，还能够将 CPU 内核留给那些可实现创收的应用。释放高性能 CPU 内核还意味着云服务提供商可以更加高效地管理资源，并为客户提供更具竞争力的服务级别协议 （SLA）。

图 1. 基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 可通过提高网络吞吐量、降低时延、加大服务器 CPU 利用率，帮助提升数据中心性能。

以自定义软件解决方案拓展 IPU 功能

基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 之所以更为灵活，部分原因是它非常像基础 NIC，能够部署在开箱即用的配置中。而随着云数据中心功能要求和标准的不断演进，基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 还可以在重新编程后，进一步对数据包处理、存储、安全和网络管理等功能进行自定义。这是具备软件运行速度的可编程硬件。

借助已针对 x86 架构 CPU 进行优化的数据平面开发套件 （DPDK）驱动程序和存储性能开发套件 （SPDK） 驱动程序，可将通常由服务器 CPU 来处理的网络功能轻松移植到 FPGA 和英特尔 至强 D 处理器上。这些开发套件包含软件库和驱动程序，可帮助软件开发人员自定义数据包处理功能，并将其卸载至基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU。DPDK 的设计宗旨是加速网络数据包处理功能，它最初由英特尔创建，现在是由 Linux 基金会托管的开源项目；SPDK 则专为优化存储流量功能而设计，是可免费提供的英特尔项目。

英业达 （Inventec） 对于能同英特尔达成合作伙伴关系，共同打造独具特色的、基于英特尔 FPGA SmartNIC C5000X 平台架构的 SmartNIC深感自豪。我们马上就认识到，该平台会脱颖而出，成为面向未来的 SmartNIC，在为客户提供自定义能力的同时，提供出色的性能、优异的编程能力和英特尔专属技术组合。

IPU 的可编程能力使得云服务提供商可在不断变化的商业环境中，创建、修改或更新有关网络处理、存储、安全和管理的规则和协议。举例来说，如果一家云服务提供商的业务范围拓展到包含更快的网络和更多的网络安全选择，那么很可能就需要使用额外的服务器来处理增加的应用吞吐量。借助基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU，所增加的基础设施处理需求可通过部署到现有服务器环境中的 IPU 得到满足。此类 IPU 能够消除原本会产生的新瓶颈，同时释放多重应用性能增益。通过减少或消除基础设施处理瓶颈，基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 能够帮助企业降低总体拥有成本 （TCO），延长因商业要求变化而进行的基础设施投资的生命周期，并在整体上提高可创收的服务器的利用率。

基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 可与当前云服务提供商数据中心常见的、同样基于普遍使用的 x86 架构的平台进行配对。由于基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 使用了基于 x86 架构的英特尔 至强 D 处理器，因此软件开发人员可对自身已颇为熟悉且同样基于 x86 架构的 CPU 进行开发，从而大大降低软件移植工作量。这种熟悉还能够帮助开发人员缩短启动时长、降低开发成本。

借助基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 提升数据中心的收益和性能

随着网速的提高和处理任务复杂程度的加深，基于英特尔 FPGA IPU C5000X 平台的 IPU 可在提升数据中心整体性能和收益的同时，助力高性能网络功能的实现。作为一种灵活且可扩展的网络解决方案，此类 IPU 可赋予云服务提供商提升自身竞争力所需的多种能力，并为开发人员提供所熟悉的基于 x86 架构平台的开发环境。

审核编辑：彭静