מה זה SmartNIC?
SmartNIC, או Smart Network Interface Card, הוא כרטיס ממשק רשת מיוחד המשלב כוח עיבוד ומשאבי זיכרון נוספים.
זה נועד להוריד משימות עיבוד שה-CPU המארח יטפל בהן בדרך כלל, שיכולות לכלול משימות הקשורות לרשת כגון:
ניהול תעבורה: טיפול בזרימת התעבורה ביעילות כדי להפחית צווארי בקבוק ולשפר את ביצועי הרשת.
פונקציות אבטחה: הטמעת פרוטוקולי אבטחה וחומות אש ישירות על הכרטיס כדי להפחית את העומס על המערכת המארחת.
הורדות עיבוד נתונים: ביצוע הצפנת נתונים, דחיסה או עיבוד מנות ישירות על הכרטיס כדי להאיץ את העברת הנתונים ולהפחית את עומס המעבד.
האצת אחסון: סיוע במשימות הקשורות לאחסון כמו תצורות RAID או פעולות גישה ישירה לזיכרון.
SmartNICs שימושיים במיוחד בסביבות הדורשות רשתות ועיבוד נתונים בעלי ביצועים גבוהים, כגון מרכזי נתונים, תשתיות מחשוב ענן
ופלטפורמות מסחר בתדירות גבוהה.
על ידי הורדת משימות אלו מהמעבד הראשי, SmartNICs יכולים לשפר את ביצועי המערכת והיעילות הכוללת.
סוגי SmartNIC
SmartNIC מגיעים בסוגים שונים, כל אחד מתוכנן לענות על דרישות רשת ודרישות עיבוד ספציפיות.
להלן הסוגים העיקריים של SmartNICs הנפוצים:
SmartNIC מבוססי FPGA:
תיאור: SmartNICs אלה משתמשים ב- Field Programmable Gate Arrays (FPGA) כדי לאפשר התאמה אישית
של פונקציות עיבוד החומרה.
ניתן לתכנת מחדש רכיבי FPGA כך שיתאימו לפרוטוקולים או לדרישות חדשות.
מקרי שימוש: אידיאלי עבור סביבות הדורשות רמות גבוהות של התאמה אישית, כמו מחקר ופיתוח או משימות עיבוד נתונים מיוחדות.
SmartNIC מבוססי ASIC:
תיאור: SmartNICs מבוססי מעגלים משולבים ספציפיים ליישום (ASIC) מיועדים למשימות ספציפיות ואינם ניתנים לתכנות לאחר הייצור.
הם מציעים יעילות וביצועים גבוהים עבור פונקציות קבועות.
מקרי שימוש: נפוץ בסביבות בנפח גבוה שבהן יש להאיץ משימות ספציפיות, כגון הצפנה, פענוח או אופטימיזציה של פרוטוקול ספציפי.
SmartNIC מבוססי SoC:
תיאור: SmartNICs מבוססי מערכת על שבב (SoC) משלבים את כל הרכיבים הדרושים לטיפול במשימות רשת (כגון CPUs, RAM
ויציאות רשת) על גבי שבב בודד.
מקרי שימוש: שימושי בניהול משימות רשת מורכבות כמו וירטואליזציה, פונקציות אבטחה וחיתוך רשת במרכזי נתונים.
SmartNIC מבוססי מעבד מרובי ליבות:
תיאור: SmartNICs אלה משתמשים במעבד מרובה ליבות אחד או יותר כדי לטפל בעיבוד רשת.
הם מציעים יכולות תכנות גמישות ויכולים להריץ יישומי תוכנה מורכבים ישירות.
מקרי שימוש: מתאים לסביבות רשת מוגדרות בתוכנה (SDN) או להפעלת משימות וירטואליזציה של פונקציות רשת מתקדמות (NFV).
איך עובד SmartNIC?
SmartNIC פועל על ידי הורדה והאצה של משימות רשת שבאופן מסורתי היו מעובדות על ידי יחידת העיבוד המרכזית (CPU)
של שרת או תחנת עבודה.
פריקה זו מסייעת לשפר את ביצועי המערכת והיעילות הכוללת, במיוחד בסביבות רשת בביקוש גבוה כמו מרכזי נתונים
או תשתיות מחשוב ענן.
להלן פירוט של אופן הפעולה של מכשירי SmartNIC:
הורדת נתונים
עיבוד תנועה: SmartNICs מטפלים בכל ההיבטים של ניהול תעבורת רשת, כגון סינון מנות, ניתוב ומיתוג ישירות בכרטיס.
זה מקטין את עומס העבודה של המעבד, ומפנה אותו למשימות אחרות.
פעולות אבטחה: ניתן לנהל פונקציונליות הצפנה, פענוח וחומת אש על ידי ה-SmartNIC, מה שמשפר את ביצועי האבטחה
מבלי להשפיע על המעבד.
עיבוד נתונים
גישה ישירה לזיכרון (DMA): SmartNICs יכולים להשתמש ב-DMA כדי לקרוא ולכתוב נתונים ישירות לזיכרון המערכת וממנו,
תוך עקיפת ה-CPU כדי להאיץ את העברת הנתונים ולהפחית את זמן ההשהיה.
הורדות פרוטוקול: ניתן להוריד פרוטוקולים כגון TCP/IP באופן מלא או חלקי ל-SmartNIC, שיכול לטפל במשימות כמו
פילוח נתונים למנות והרכבה מחדש בצד המקבל.
יכולות מחשוב
עיבוד בכרטיס: SmartNICs רבים מגיעים מצוידים במעבדים ובזיכרון משלהם, המאפשרים להם להריץ יישומים או לעבד נתונים
ללא תלות במעבד של המערכת המארחת.
זה יכול לכלול משימות מיוחדות כמו בדיקת מנות עמוקה או אלגוריתמי ניתוב מורכבים.
וירטואליזציה של פונקציות רשת (NFV)
שרשרת שירות: בסביבות NFV, ניתן להשתמש ב-SmartNICs כדי לשרשר שירותי רשת (כמו חומות אש, מאזני עומסים
ותרגום כתובות רשת) ביעילות, מה שמשפר את הפריסה והניהול של פונקציות הרשת.
יישום
מנהלי התקנים וקושחה: SmartNICs פועלים עם מנהלי התקנים וקושחה מיוחדים המאפשרים אינטגרציה בארכיטקטורות רשת קיימות
ומאפשרות תקשורת עם מערכת ההפעלה של המערכת המארחת.
