下一代智能网卡-DPU综述（中） |
作者：小编 发布时间：2022-08-09 |
| 1.3.2 BlueField-3 DPU技术特点 BlueField-3 DPU可以从业务应用中将数据中心的基础设施服务卸载和隔离出来，实现了由传统基础设施到现代基于“零信任”环境的转型，可对数据中心的每个用户进行身份认证，保障了企业从云到核心数据中心，再到边缘的安全性，同时在效率和性能上有了更大的提升。 BlueField-3 DPU是首款支持第五代PCIe总线并提供数据中心时间同步加速的DPU。BlueField-3 DPU可为NVIDIA的基于AI技术的网络安全平台，Morpheus提供实时的网络可视化、网络威胁的检测与响应、以及监控、遥测和代理服务。BlueField-3 DPU将传统计算环境转变为安全且加速的虚拟私有云，使组织能够在安全的多租户环境中运行应用程序。BlueField-3 DPU采用NVIDIA的网络计算技术，支持下一代超级计算平台，提供最佳裸机性能和对多节点租户隔离的原生支持。  BlueField-3 DPU利用NVIDIA DOCA™1.1 软件开发包的优势，为开发者提供一个完整、开放的软件平台，开发者在BlueField DPU上开发软件定义和硬件加速的网络、存储、安全和管理等应用。DOCA包含利用BlueField DPU来创建、编译和优化应用的运行时环境，用于配置、升级和监控整个数据中心数千个DPU的编排工具，以及各种库、API和日益增加的各种应用，如深度数据包检测和负载均衡等。每一代BlueField DPU都支持DOCA开发包，随着每代DPU的演进，原先开发的应用程序可以完全向后兼容，且DPU路线图上的后续的产品依然保证完全向前兼容。这意味着在目前BlueField DPU上运行的应用程序和数据中心基础设施，在不久的未来将能不加修改地加速运行在 BlueField-4 DPU等后续产品上。 1.3.3 BlueField-3 DPU产业地位分析 BlueField-3 DPU的出现解决了目前产业无法完全确保数据安全的问题。在零信任的大环境下，产业原本是无法完全确保数据安全的。举例来说，数据中心想支持IPSec协议（即通过加密与验证等方式，为IP数据包提供安全服务），当它在100Gb/s的网络传输数据下，对每一个数据包都进行IPSec加密时，CPU资源会急速耗尽，却依然无法完成在网络高速传输时对每一个数据包都进行IPsec加密的操作。如表4所示，BlueField-3 DPU具备了平台安全、可加密加速、可执行安全策略、深度包检测与隔离安全控制平面的特点，将这个网络层面上确保数据安全的不可能瓶颈打破。
1.3.4 BlueField-3 DPU优势分析1) BlueField-3 DPU拥有更强大的ARM核计算能力和更快的加解密速度，它与CPU、GPU和内存的互连速度也更快。
2) 通过BlueField-3 DPU执行HPC通信框架，可以实现无阻塞通信，即让计算与通信可并行同时发生。目前的超算网络中大多数是有阻塞通信，有阻塞通信是通信与计算不可同时发生，即有通信时不计算，有计算时不通信。目前BlueField-3 DPU在无阻塞集合通信卸载操作上更为成熟，用户可使用配套的MPI库来加速科学计算应用的执行，特别是针对于大规模的的无阻塞all-to-all通信。如图所示，应用BlueField DPU后，计算和无阻塞all-to-all集合通信的之间可100%重叠，如使用DPU加速P3DFFT应用程序（3D快速傅里叶变换）后，应用的总体执行时间减少了25%以上，涵盖了各种大小的网格大小。
3) 在兼容性上，通过使用DOCA库，BlueField-3与上一代DPU上开发的应用保持完全的软件兼容性，软件运行方式没有变化，并得到更高的性能和可扩展性。DOCA在底层硬件API上提供一个抽象层给上层的业务，开发者可以使用标准的API更快速、更轻松地进行开发，实现和上层业务的集成，并经优化后提供出色的性能，或者和底层接口合作达到更精细的控制。且DOCA具备基于容器化服务的DPU调配和部署，包含用于简化DPU设置、配置和服务编排的工具。
1.4 NVIDIA BlueField-3 DPU技术分析和技术对比1.4.1 BlueField-3 DPU技术分析BlueField-3 DPU完全承接了BlueField-2 DPU的先进特性，并将其进行了性能加强与扩展，如下图。 
BlueField架构本质上将网卡子系统与可编程数据路径、用于加密、压缩等的硬件加速器子系统以及用于控制的ARM处理器子系统融合在一起。 GPU-direct RDMA技术，简称GDR技术，该技术可实现计算机1的GPU可以直接访问计算机2的GPU内存。而在没有这项技术之前，GPU需要先将数据从GPU内存搬移到系统内存，然后再利用RDMA传输到计算机2，计算机2的GPU还要做一次数据从系统内存到GPU内存的搬移动作。GPU-Direct RDMA技术使得进一步减少了GPU通信的数据复制次数，通信延迟进一步降低。Mellanox网卡已经提供了GPUDirect RDMA的支持（既支持InfiniBand传输，也支持RoCE传输），在英伟达收购Mellanox后，英伟达的所有网卡已全面支持GPU-Direct RDMA技术。
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