fbpx

Tiếp cận 5G: Tầm quan trọng của việc tăng tốc Data Plane

Trong phần trước, chúng ta đã cùng khám phá việc phân chia mạng và ảo hóa, cũng như tầm quan trọng của chúng đối với 5G. Phần một đã xem xét những thách thức và yêu cầu đối với việc quản lý mạng trong thế giới 5G mới này và những khả năng nào mà cơ sở hạ tầng đó sẽ cần. Phần hai kết thúc với cuộc thảo luận về việc đưa 5G vào cuộc sống bằng cách sử dụng tăng tốc mặt phẳng dữ liệu dựa trên các SmartNIC dựa trên FPGA.

Một mô hình xử lý dữ liệu mới

Để biến 5G thành hiện thực, điều quan trọng là phải bám bắt nguồn từ thực tế. Vì nhu cầu về thông lượng và độ trễ của các ứng dụng ngày nay rất cao, nên không có gì đảm bảo rằng các ứng dụng trong phần mềm trên nền tảng tiêu chuẩn sẽ có thể đáp ứng những nhu cầu đó mà không cần phân bổ tài nguyên CPU đáng kể để giải quyết vấn đề.

Với sự ra đời được ghi nhận của Định luật Moore, các nhà khai thác đã nhận ra tiềm năng của việc phân chia mạng SDN / NFV / 5G về tiết kiệm chi phí và tăng doanh thu, bù đắp bởi nhu cầu triển khai toàn bộ tài nguyên máy tính cho một vấn đề mà thiết bị mạng chuyên dụng trước đây có thể hỗ trợ.

Chi phí CPU, máy chủ, không gian rack và nguồn điện cần thiết để đáp ứng cùng hiệu suất của một giải pháp chuyên dụng cuối cùng sẽ tăng lên hoặc đắt hơn so với các giải pháp thay thế được thiết kế riêng. Mong muốn về sự đơn giản trong vận hành và tổng chi phí sở hữu thấp hơn đáng kể vẫn là một điều khá xa vời. Các nhà khai thác nhận thấy rằng để mở rộng quy mô các ứng dụng trong mạng ảo hóa 5G nhằm đáp ứng các mục tiêu về hiệu suất, họ sẽ cần một mô hình xử lý dữ liệu mới để thực hiện các yêu cầu mà mạng đặt ra trên cơ sở hạ tầng mạng.

Yêu cầu về tăng tốc và khối lượng công việc

Từ góc độ khối lượng công việc, độ trễ, bảo mật, mã hóa / giải mã, xử lý luồng, xử lý ứng dụng (VFN), đảm bảo QoS mạng và giám sát mạng đều khác nhau. Các khối lượng công việc khác nhau yêu cầu các chiến lược xử lý khác nhau. Cách tiếp cận “one-size-fits-al” đã được chứng minh là một điều thất bại. Để hỗ trợ các yêu cầu mạng mà việc phân chia mạng trong môi trường ảo hóa đòi hỏi phải xem xét các giải pháp từ một góc độ khác.

Các nhà khai thác đã hiểu rằng nếu họ có ý định mở rộng các chức năng mạng ảo hóa (VNF) để đáp ứng các mục tiêu hiệu suất và cung cấp phân chia mạng một cách minh bạch, họ sẽ cần tăng tốc Data Plane dựa trên SmartNIC dựa trên FPGA. Kỹ thuật này giảm tải các bộ xử lý x86 đang lưu trữ các ứng dụng dịch vụ khác nhau để hỗ trợ phạm vi dịch vụ đã cam kết.

Các nhà khai thác cũng sẽ cần đặt khối lượng công việc trên đúng loại bộ xử lý tại vị trí chính xác trong mạng. Cách tiếp cận đã được chứng minh cho vấn đề này là cung cấp khả năng tăng tốc Data Plane dựa trên các FPGA-based SmartNICs được kết hợp chặt chẽ với các bộ xử lý đa năng. Kỹ thuật này giảm tải các bộ xử lý x86 đang lưu trữ các ứng dụng khác nhau cho các chức năng đa dạng khác để hỗ trợ phạm vi dịch vụ đã cam kết. Theo định nghĩa, chức năng được yêu cầu bởi phân chia mạng 5G là network-centric. Các khối lượng công việc mạng và bảo mật này là triển vọng không tốt cho các kiến ​​trúc general-purpose.

Một kiến ​​trúc thích hợp đặt các khối lượng công việc mạng đó gần với cơ sở hạ tầng vật lý trên FPGA-based SmartNICs và giảm bớt khối lượng công việc đó từ các CPU thông thường, cho phép chúng hỗ trợ các ứng dụng 5G có thể kiếm tiền. FPGA-based SmartNICs có thể định cấu hình phần mềm chuyên về các chức năng như chuyển mạch ảo, phân loại luồng, lọc, cân bằng tải thông minh, QoS và mã hóa / giải mã, tất cả đều có thể được thực hiện trong SmartNIC và được giảm tải từ bộ xử lý x86 chứa các ứng dụng 5G.

Với các công nghệ như VirtIO, các chức năng này có thể minh bạch với ứng dụng, cung cấp một lớp quản lý và điều phối chung cho cấu trúc mạng để phân chia mạng. Việc kết hợp các SmartNIC dựa trên FPGA với các bộ xử lý x86 hoặc ARM có mục đích chung trong một kiến ​​trúc dành riêng cho khối lượng công việc sẽ cho phép các nhà khai thác nhận ra tầm nhìn mà 5G và phân chia mạng đầy hứa hẹn.

Tính linh hoạt là chìa khóa

Chuyển mạch ảo được hỗ trợ bởi tăng tốc SmartNIC là phương pháp triển khai các ứng dụng ảo hóa có hiệu suất cao nhất và an toàn nhất. Máy ảo (VM) có thể sử dụng I / O gói tăng tốc và cách ly lưu lượng được đảm bảo qua phần cứng trong khi vẫn duy trì chức năng vSwitch dựa trên tiêu chuẩn. SmartNIC dựa trên FPGA chuyên xử lý đối sánh / hành động dựa trên phần cứng cần thiết cho vSwitches và cũng có thể giảm tải quá trình xử lý bảo mật quan trọng, giải phóng tài nguyên CPU cho các ứng dụng ảo hóa.

Ngoài các ví dụ đã đề cập ở trên, giảm tải tùy chỉnh dành riêng cho ứng dụng ảo hóa và yêu cầu tăng tốc có thể được triển khai trong FPGA SmartNIC thông qua các API tiêu chuẩn. Mức độ linh hoạt hoàn toàn này cung cấp một kiến ​​trúc xử lý theo khối lượng công việc cụ thể trong đó các tác vụ cụ thể được phân chia giữa bộ xử lý x86 máy chủ và FPGA.

Các giải pháp mạng và bảo mật hiện tại – đắt tiền và khó sử dụng – đơn giản là sẽ không đủ. Vượt qua những thách thức của việc triển khai ảo hóa yêu cầu phân chia mạng cần các nền tảng máy tính có thể cấu hình lại dựa trên các máy chủ tiêu chuẩn. Các máy chủ này sẽ có khả năng giảm tải và tăng tốc khối lượng công việc đòi hỏi nhiều tính toán, theo mô hình inline hoặc look aside. Điều này sẽ phân phối phù hợp khối lượng công việc giữa các bộ xử lý đa năng x86 và các SmartNIC dựa trên FPGA, có thể cấu hình lại phần mềm, được tối ưu hóa cho các môi trường ảo hóa.

Đặt nền móng cho tương lai

Khi các nhà khai thác tham gia các SmartNIC dựa trên FPGA với nền tảng máy chủ COTS, họ đặt nền tảng cho các ứng dụng mạng hoạt động với thông lượng hàng trăm gigabit / giây với sự hỗ trợ cho hàng triệu luồng đồng thời. Đó là một kiến ​​trúc xử lý đa tầng và cụ thể theo khối lượng công việc, khuyến khích các nhà khai thác thận trọng hơn trong việc triển khai NFV và mang lại tương lai cho cuộc sống.

Facebook Comments
Chia sẻ với bạn bè

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *