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一、FPGA加速器" r5 z, N+ K% Y7 j
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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。/ |$ _9 l8 D' H1 }5 F4 F' R
1 Y' ^4 {0 J9 |
: g5 c/ C9 f4 V& D
% ^$ k1 {. u. ~& L3 O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% d+ h! a f: \1 e
5 l! q, y X" N) g. ^# s4 x8 `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) z+ Z- h+ ]+ ?
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应用层：用户面功能UPF开发库和控制模型; y6 z! J. L1 B' y" j: P
+ S% Y2 h8 A; ]: N/ C' R. |3 n: t! \, _4 c5 ^7 \- h$ y5 G9 P
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。
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" i& v5 u4 K$ S1、寄存器级：FPGA OS及开发框架
9 J; e! |3 D0 y+ }0 L! U: x
8 @) H) E; D) `, u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。
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: V) U, M! @% q6 q* [7 B. i& `
2 k q1 f U9 ~( v0 _) V2 K/ a
* ^/ V0 N D+ J9 K; K s( e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) Q0 P4 s1 y0 i7 E& F+ @
: P3 B. ]1 n, e. ^5 k! `
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1 k& w. U- D5 x* M! I
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Metadata：标识vNF,实现FPGA OS与UPF参数、中间结果交互。
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$ D" Z$ Z$ [# D9 \9 T% g& {* f8 _6 U
" p2 k4 c& M8 M( J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 i0 n5 i: t8 G0 }$ R1 J' f
; Y/ o4 X0 h- Y+ T$ Z* e, u2、指令级：可编程数据深度处理器RMT+/P4
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9 z3 a, _# x& {& `+ a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。; [) u/ }" M/ c0 B! {
4 P8 Z& o* d* u2 H
: k- N( ^9 w1 o J5 K5 ~; t& P
# k. O2 V9 q0 R, }* o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
4 @# \- W4 g( r1 Y
; l8 I, L8 U& T6 u z查表匹配引擎，基于CAM的带掩码的查找
# ~7 B- c/ W, c9 ^8 ^* `& W/ v O: t- ^
交叉开关，关键字等Metadata与ALU的通路# n X. \! H# Y# v" E4 S6 j
3 x9 W0 [& b9 y% Z; l+ S
ALU，支持加、减、移位等基本运算
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" ~6 ~. H }* n0 w8 G: h4 p逆解析器，报文头选项的编辑，报文头与报文体的合并等5 f! W) R1 l0 `: b; u) Y/ o/ v9 u
) }( X+ M3 V `( C% L/ _) m
# ~! X, D! S! [6 _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。* P7 `% ^, ]5 M2 {) K
' [0 N1 G: z: Q( ^8 h' @" i3 \ v
3、模块级：控制和编排器( N1 M# N `) G: ~) u7 L7 a3 d
: \5 V" h' q( N' p5 T
异构网络设备统一管理，支持端到端的管理
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. `4 p5 d; @3 B; n/ V4 n5 G) h4 B. ^" w0 c" ?/ {
3 j: ~0 J9 P, H
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+ ~+ O" G, _. A& t7 D
" @" I( e8 r' R1 K+ h统一的设备状态数据库、网络拓扑显示界面
* R+ }9 J% e3 f0 O. O! k" s& [7 J& g5 @/ X8 X' N
支持二层、三层路由转发，支持ACL，支持负载均衡等功能应用
; Z: Q5 W" k! S) K; k2 y8 \
' |" m7 E- _0 ~& Z* o. @多元网络功能统一调度，支持动态赋能
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Z1 ~" M; L3 H( i: z6 f基于FAST的软硬件功能协同5 A2 }8 t6 `# q
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RMT多级流水ALU处理+ a7 @5 k; U/ N/ a
; @3 J% r+ n; l+ Y4 I& j: Z( t! b) T% s7 d9 R( ]0 x0 p: C
二、应用场景0 a: [, J: {& Y" [. ~6 b7 e
- K$ i( ?- J9 C" Z1、软件定义智能网卡原型' V1 X5 U9 ~9 V5 B
0 N& ^0 b6 w3 U) M# S) w+ T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QUIC7 b) s2 x9 Z7 H/ j$ R
1 G0 P7 @$ P$ X$ a% K% \7 u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; q0 \8 W- |/ ?& j
% |3 F% }7 L3 q3 w6 N0 D与系统协议栈、云计算平台等具有良好的兼容性
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% ]+ l/ w8 p+ {" f; ^% ~支持软件定义边界扩展到服务器第一跳- G. l6 }0 v* x5 Z6 g% M
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2、超融合安全网关 f$ x% H5 M; M$ q) t; \8 r
( c* w# v- _ d
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, |$ `/ g$ Z1 n+ a0 z
; Y }* b+ ?, x- W/ U
数据中心门户业务负载均衡、NAT等
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5 R2 ]# Y, @( \$ ^3 d0 b/ |1 K流量压缩解压缩、加解密、清洗等4 ~' U+ y1 G. Q5 R$ H) g
" K$ v, L! j P8 D应用防火墙等功能卸载0 C' ]- k1 G3 N. S) d0 C# a3 ]# A; u
: I% @; P2 H( d9 ^1 ?5 g( v基于加速器FPGA开发框架对网关进行重构和功能扩展
& [5 H. T3 A$ V+ k+ e, z& ~/ A) X; M2 i. Q8 L2 R$ k
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# m& d- ^, w2 k1 Y7 d7 q
& P) K) D' p" J! h; v$ D2 j: J8 }8 j% G
与智能网卡共同支撑数据中心网络纵深安全
. I' B2 z/ S$ B6 O0 T$ P: c/ _3 G$ ^
; ?; V+ G* P, a6 z; I+ }+ p( T
3、异构可重构计算架构' i% ]: i8 l5 B' y# n
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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。2 B+ X( }3 i1 \. A( k* l
" |8 |- c, C ]4 s
" F; @& Q) g/ d. S T# O9 u' {) |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
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- @2 a2 t, e4 e' q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7 c) I, A5 m3 {. x: G* j
$ J: X1 Y2 }7 Y* b7 f8 q: w* y1 B互连：低延迟时间触发通信一、FPGA加速器
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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。
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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6 T% H$ F$ S! i8 x
/ o# J$ t7 S0 @" G) B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$ q' @( R- N* A* O. o( X
2 |* t+ z7 N+ l: f, X3 u* O应用层：用户面功能UPF开发库和控制模型
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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。
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% G' G/ x/ y; ^8 ~' t: H1、寄存器级：FPGA OS及开发框架
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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。
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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0 v+ \+ S5 b0 _. z0 q9 Z e
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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
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Metadata：标识vNF,实现FPGA OS与UPF参数、中间结果交互。
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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。7 e4 l5 G3 [. _# l
2 e- s( I* d, m. W9 x2、指令级：可编程数据深度处理器RMT+/P4
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查表匹配引擎，基于CAM的带掩码的查找
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交叉开关，关键字等Metadata与ALU的通路
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ALU，支持加、减、移位等基本运算
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逆解析器，报文头选项的编辑，报文头与报文体的合并等
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多元网络功能统一调度，支持动态赋能 \% n6 G3 B2 I4 M/ m2 ~
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基于FAST的软硬件功能协同
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二、应用场景
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2、超融合安全网关
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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: J- e8 J: h0 k
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数据中心门户业务负载均衡、NAT等
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流量压缩解压缩、加解密、清洗等- l3 z. s# B" S) q* `" Y
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应用防火墙等功能卸载
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基于加速器FPGA开发框架对网关进行重构和功能扩展
# ~. @9 Z! K+ T3 ^' `. J" }3 R4 m) m; ?: z- _7 I! g! {: }( R# y
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. w7 A2 ~, o# S7 d
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与智能网卡共同支撑数据中心网络纵深安全7 w0 y0 ?8 z1 j; k1 b3 H/ W
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# q: V6 p9 j! T# Q. T' a. T3、异构可重构计算架构
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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。
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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
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2 o; V9 w0 o! D" X8 L$ B/ [& \$ ?' u# J7 R2 J# @& X" l' {& g
互连：低延迟时间触发通信
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发表于 2021-10-18 09:52
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