智能手機似乎迎來了“智能”化的時代，并掀起了物聯網（IoT）革命。那么，是什么讓 SmartNIC 實現了智能化？是硬件、編程還是其他什么？

網絡接口卡（NIC）自 20 世紀 80 年代中期第一臺 PC 推出后不久便開始投放市場，但我們在過去的幾年里才看到 SmartNIC 的出現。這一市場上的每家公司對 SmartNIC 產品的細分市場都有著不同定義。最基本的定義就如同一個可編程的 NIC 一樣簡單。

反之，其他公司則通過在其實現方案中使用大量芯片和固件來使這一概念復雜化。不過，歸根結底，通常人們會將其定義成一個 NIC，它包括向客戶開放額外的可用計算資源，以及利用這些資源所必需的開源工具。

智能手機剛剛問世時，許多人都已經擁有手機。然而十年后，幾乎所有人的手機都是智能手機。為什么會這樣？這并不是因為人們都厭倦了《貪吃蛇》，想換成《糖果粉碎傳奇》玩一玩。他們看到了一個集手機、相機和移動計算功能為一體的平臺所能帶來的價值，在這個平臺上，他們可以管理社交媒體、通過電子郵件與辦公室保持聯系，以及做許多十年前未曾想過的事情。絕大多數智能手機用戶永遠都不會編寫任何一行代碼，而他們也不必這樣做，因為應用商店里早已有上千萬的應用可供他們選擇。

從服務器 NIC 發展為 SmartNIC 會遵循相似的路線，但是過程更為短暫。如果 SmartNIC 僅僅只能傳遞數據包而無法進行其他操作，那就毫無意義。而如果要使其成為一個 SmartNIC，就需要未經分配的額外計算資源，并且需要分配代碼空間來充分利用這些資源。

2002 年，3Com 推出了一款帶有防火墻的 10/100Mbps 以太網 NIC。它使用3Com 的 3XP 處理器，并配備額外的存儲器來完成這項任務。這已經是近 20 年前的事情，現在千兆位以太網已經開始得到廣泛應用。盡管如此，如果處理器和存儲器都完全用于防火墻應用，那它就是一個專用的安全產品，而非一個 SmartNIC。如果 3Com 開放了編程接口并出售無防火墻的版本，它們本應成為最早的 SmartNIC。他們本該提前二十年就開啟 SmartNIC 時代，當時 10/100M 網絡已處于應用曲線的衰落期，絕不應該在這個門類上推出新產品。最后，3XP 作為處理器的處理能力太低，無法應對 1GbE，因此在速度達到 1GbE 時棄用 3XP 是正確的做法。如今，數據中心 NIC 廣泛采用 25GbE，甚至進一步擴展到 100GbE。

當今數據中心的網絡容量為 25GbE，并迅速發展到 50GbE 和 100GbE，因此需要認真考慮 SmartNIC 上的其他計算資源。傳統觀點認為，應保留諸如 ARM 這樣的傳統 CPU 核用于控制平面管理，并在極少數情況下保留異常流處理。控制平面管理就如同 ARM CPU 核，可以造就優秀的警官，但只能造就糟糕的交警。目前，數據中心 NIC 每秒可處理數百萬甚至超過一億個網絡數據包。ARM CPU 核，即便是頻率為 3Ghz 的內核，都無法勝任每秒對數百萬個數據包進行檢查與處理。因為它每秒沒有足夠的指令來與這些數據保持同步。業界需要采用特定用途的計算資源來處理這些數據，如專用網絡處理器、現場可編程門陣列（ FPGA ）或 GPU 核等。

在這一領域，FPGA 作為可編程邏輯的特性使其最適合這項任務。FPGA 可以被配置用于快速解析網絡數據包報頭，甚至是分析正文，然后從丟棄的數據包中采取必要操作，進行封裝或完全以線速更改內容。賽靈思 Alveo U25 加速器卡就是基于 FPGA 的 SmartNIC 的一個絕佳例子，它還同時包括 ARM 組合體及網絡處理器。因此，盡管某些 SmartNIC 聲稱它們能利用 ARM CPU 核處理數據流，但是潛在的數據量并進行計算仍應考慮在內。

接下來的主要問題是如何讓 SmartNIC 的編程接口公開提供。如上所述，智能手機取得成功的關鍵在于其應用的可用性。Myricom 首次亮相是其 Myrinet 10G 系列網絡產品在超級計算 2005 大會上公開亮相，其第一代 10GbE 產品就可稱為 SmartNIC。當時，為 Myricom 的 NIC 提供動力支持的 Lanai10G 芯片曾是一個網絡處理器，其 FLASH 中的固件空間用于編程，而高速 SDRAM 則用于數據存儲。Myri-10G NIC 可支持三種工作模式：10G 以太網、Myrinet-10G 或基于以太網的 Myrinet Express （ MXoE ）。在接下來的幾年中，固件被加入以支持線速捕獲、存儲包加速和交易加速。這與我們對 SmartNIC 定義并不相符，因為編程環境從未公開供外部采用。Myricom 對此有眾多正當解釋，比如，它是一種類似于“C”的語言，很難編寫，甚至更難調試。然而，這些原因都已不再重要。

有人可能會說，Tilera 的產品是第一款高性能的 SmartNIC，但是這種說法也不成立，因為他們拒絕公開提供編程接口和工具。2013 年春季，Tilera（后來成為 Mellanox Bluefield）堅定要求對訪問其 SmartNIC 編程環境以及了解如何使用所需的相關課程進行收費。因此，它的采用率極低，應用開發也受到影響，市場接受度更近乎為零。一個向開發者收取訪問費用的硬件平臺充其量只能取得有限的成功。隨著開源軟件和 GitHub 等資源庫的廣泛采用，開發者期待這些工具能夠免費使用。

最后，為了使 SmartNIC 取得巨大成功，他們需要一個用于 SmartNIC 應用的集中資源庫，也就是一個 App Store （指應用商店）。獨立的第三方應用開發者可以在其中提交他們的代碼，并在安裝或執行代碼時獲得相應報酬。然后編目、發布并推向市場。如果沒有應用商店，用戶只能從 NIC 提供商處購買應用，或從第三方供應商處搜尋并購買應用。試想一下，如果您必須從第三方網站購買智能手機的每一款應用，那么這種模式并不能算得上有多成功。我們已看到博通、英特爾、邁絡思和賽靈思等公司開發的新一代 SmartNIC，而這些產品都可以充分利用廣泛的計算資源。這些公司終于迎頭趕上，為其環境發布編程工具，而第三方也正開始為他們的平臺進行編程。

作者介紹 姓名：Scott Schweitzer職位：賽靈思技術布道者個人簡介：自從當年通過 TRS-80 計算機入門編程的世界，Scott 便成為了一名忠實的科技信徒。他曾為 IBM、NEC、Solarflare 以及現在的賽靈思編寫過產品級的軟件產品，構建過硬件產品，并擔任過程序管理職務。在從事單插槽計算平臺工作 20 年后，Scott 于 2003 年加入 NEC，管理其新推出的英特爾安騰（Itanium）多核 64 位超級計算服務器。自此，他一直都在該領域繼續深耕。 2005 年，Scott 開始重點研究超級計算與超高性能聯網聚類這兩大領域。隨著 10GbE 的普及，他推出了廣受歡迎的 10GbE.net 博客。在 2017 年市場風云變幻之際，Scott 將 10GbE.net 打造成了一個每月擁有數千次頁面瀏覽量的技術傳播博客，同時還附帶一個播客。Scott 在賽靈思的職責是與合作伙伴一起探尋新的加速機遇并定義創新解決方案。

原文標題：是什么讓 SmartNIC 實現了智能化？

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