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Eine kurze Einführung in Smart NICs und ihre Vorteile

Softwarebasierte Technologien beanspruchen die CPU stärker. Smart NICs können die Prozessoren entlasten und es so Servern ermöglichen, ihre primären Aufgaben zu erledigen.

Der kontinuierliche Anstieg softwarebasierter Netzwerk-, Verschlüsselungs-, Verwaltungs- und Visualisierungsfunktionen kann die Verarbeitungskapazität von Server-CPUs erheblich belasten. Intelligente Netzwerkkarten werden zu einer immer beliebteren Methode, um intensive Paketverarbeitungsaufgaben von Servern auszulagern.

Netzwerkkarten (Network Interface Card, NIC) werden seit langem verwendet, um Server mit einem Ethernet-Netzwerk zu verbinden. Smart NICs entlasten den Serverprozessor von bestimmten Funktionen und geben so CPU-Zyklen frei, um die Anwendungsleistung zu steigern.

Smart NICs verwenden spezialisierte Prozessoren, oft FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), um ihre Offload-Kapazität zu realisieren. Diese FPGAs sind mit Standard-Entwicklungstools programmierbar.

Vorteile von Smart NICs

Netzwerkkarten haben die Geschwindigkeit, mit der sich Server mit dem Netzwerk verbinden können, stark erhöht: von 10 MBit/s auf 100 GBit/s. Das Aufkommen von softwarebasierten Netzwerken, zum Beispiel mit virtuellen Switches und dem Data Plane Development Kit, hat die Anforderungen an die Paketverarbeitung auf der Server-CPU erhöht.

Auf typischen Servern können Software-defined Networking (SDN), Load Balancing, Verschlüsselung, Deep Packet Inspection (DPI) und andere intensive Input-Output-Software laufen. Diese Paketverarbeitung erfordert eine beträchtliche CPU-Kapazität, so dass CPU-Kerne für die Ausführung von Netzwerkfunktionen anstelle der geschäftskritischen Anwendungsverarbeitung benötigt werden.

Smart NICs lassen sich so programmieren, dass sie die Netzwerksoftware-Prozesse ausführen und die Serververarbeitung für ihre primären Anwendungsaufgaben freigeben. Zusätzliche Smart-NIC-Anwendungen können Paketerfassung, Netzwerkmanagement und Netzwerksichtbarkeit umfassen.

Die wirtschaftliche Prämisse von Smart NICs ist, dass ihre Kosten durch die Vorteile der Anwendungsverarbeitung ausgeglichen werden, da der Server seine primären Aufgaben erledigen kann, anstatt viel Zeit mit der Ausführung von Netzwerkanwendungen zu verbringen.

Marktsegmente für intelligente NICs

Hyperscale-Cloud-Anbieter wie Google, Amazon Web Services und Microsoft nutzen die Smart-NIC-Technologie schon seit Jahren, um die Leistung ihrer Rechenzentrumsserver zu optimieren. Diese Cloud-Anbieter verfügen über die technischen Personalressourcen, um ihre Smart-NIC-Implementierungen durch kundenspezifische Programmierung zu optimieren.

Smart NICs sind eine praktikable Möglichkeit, die primären Serverkerne von der Paket-Verarbeitungslast zu entlasten.

Führende Service-Provider und Telekommunikationsbetreiber untersuchen das Potenzial von Smart NICs, um ihre Anwendungen zur Virtualisierung von Netzwerkfunktionen (NFV) zu beschleunigen. Einige Spitzenunternehmen haben ebenfalls Smart NICs implementiert.

Anbieter von Smart NICs

Kunden haben eine Reihe von Lieferantenoptionen für Smart NICs, darunter unabhängige Anbieter und Halbleiterhersteller. Die Wahlmöglichkeiten variieren stark in Bezug auf Prozessoren, Programmierbarkeit, Leistung und Kosten.

Käufer können aus Anbietern wie Broadcom, Ethernity Networks, Intel, Marvell Technology Group, Mellanox Technologies, Napatech, Netronome und Solarflare wählen.

Empfehlungen für Smart NICs

Die Komplexität von Netzwerk-, Sicherheits-, Analyse- und Managementsoftware, die auf Servern läuft, nimmt weiter zu. Mit erhöhten Netzwerkgeschwindigkeiten können diese Aufgaben einen erheblichen Prozentsatz der Server-CPU-Kapazität beanspruchen. Smart NICs sind eine praktikable Möglichkeit (PDF), die primären Serverkerne von der Paketverarbeitungslast zu entlasten.

Organisationen mit großen Rechenzentren sollten die Vorteile der Smart-NIC-Technologie untersuchen. Smart NICs unterscheiden sich stark in Bezug auf ihre Architektur, Kapazität und Kosten. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren sollten Unternehmen Smart NICs auswählen, um die spezifische Arbeitslast zu optimieren, die vom Server weggenommen werden muss.

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