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一、FPGA加速器# `7 F8 B3 s2 @' b, [
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云、网、边协同的算力网络、在网计算的Dis-aggregation数据中心网络、以及异构计算系统总线中计算和网络协同和融合，提出了泛在网络加速器架构FIA。6 I8 X) {0 S- q# S. ~
1 n f7 N6 ]* o* Q- o- L4 {# }. m4 T! c# m" g ]
; _; h+ i, ~ J* |
资源层：包括FPGA和CPU等可编程资源，异构计算，软硬件协同的网络处理框架# M4 i) X( f6 a; t7 t5 ?6 t* L
# ?: x9 h+ I; V# R
功能层：可重构通用分组处理流水线RDP与可编程数据深度处理器PDP架构，包括基础库和架构
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应用层：用户面功能UPF开发库和控制模型; a; n8 M' ^8 K& R9 ~
% u* B3 G$ T1 ?/ t
' B8 b! ~; X2 b" z解决算网融合下网络编程及性能扩展问题，为网络功能卸载、用户功能加速提供运行环境；赋能端/智能网卡、网/交换机、边/网关的功能，构成泛在的网络加速器服务。
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2 q( X. {4 _* `# ~1、寄存器级：FPGA OS及开发框架
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针对网络协议栈卸载和应用加速，提出了泛在网络加速器抽象FPGA OS，支持用户面功能UPF运行Runtime。
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9 v2 b' s5 W2 j5 Z( C+ w; E* q0 o& E5 }1 I
! V7 F) Q' _0 o3 @( o0 M" F! u* ?泛在网络加速器抽象FPGA OS：提供了DMA、网络接口、数据缓存、控制总线等外围基本模块0 Z4 y8 g; S5 r1 b- P/ C; U
& ~( n, S# d: S' K: ?1 I O1 v
用户面功能模块开发框架：提供关键字、时间戳、Buffer索引等Metadata信息，支持对报文内容的操作
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; B: w, f( v8 u0 PMetadata：标识vNF,实现FPGA OS与UPF参数、中间结果交互。
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q9 ^' Z i1 ]; J S$ J5 {# W# ^# m
为实现近数据计算提供计算、网络和存储等资源，将智能网卡功能加速从网络协议栈扩展到了特定的用户面功能。- s+ Y$ A8 F; \" r- M* s. y; k1 t, n
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2、指令级：可编程数据深度处理器RMT+/P4, f3 L" d6 E: k. B. R
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针对无状态和有状态的协议处理差异，协议无关的分组处理方式成为基础，设计了可编程的硬件处理逻辑RMT，支持在线功能重构，线速处理。
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/ Q% `' F- X- ]3 ?# z |; X
1 d5 d, |8 S+ T6 w0 g协议无关的解析引擎，包括TLV表示的协议状态转换表，关键字提取! @3 I; K5 w+ C
' }9 G7 v. g$ M9 b查表匹配引擎，基于CAM的带掩码的查找, O+ d/ G' {' a% Z0 b5 x
4 Z* ^9 V; S/ a7 _4 M6 j
交叉开关，关键字等Metadata与ALU的通路0 M5 p" G! i3 c3 [2 |
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ALU，支持加、减、移位等基本运算
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4 L9 F& Q- u3 M% v逆解析器，报文头选项的编辑，报文头与报文体的合并等
- {7 g( p% i& q' |- ~' L0 M9 z
- O) X$ e6 ?" h) K1 [( q+ F& A6 o7 u C3 D7 ]
完全RMT模型实现，支持P4语言编程，支持在线功能重构，将FPGA抽象成P4执行器。
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: t a0 R- U% Y* P$ X# d" r3、模块级：控制和编排器0 L2 O$ H! F/ E m# Y
~( Y2 j3 @8 g( u1 w$ v异构网络设备统一管理，支持端到端的管理
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" E! N. [% k9 D O" s# z9 z4 D
6 H! W. f0 @. S& {基于开源控制器，设计了软件定义可重构智能网卡、SDN交换机、超融合网关的统一的抽象层，支持软件定义可重构智能网卡、SDN交换机和网关统一管理，构成泛在的网络加速服务层9 ?# z0 V6 f) |; _) Z
* p4 A# M h0 F1 \/ w) b4 @6 ]统一的设备状态数据库、网络拓扑显示界面( P9 r" X0 i1 l$ @0 i
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支持二层、三层路由转发，支持ACL，支持负载均衡等功能应用
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多元网络功能统一调度，支持动态赋能
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4 k! k2 ~; J7 |- V! [' N基于FAST的软硬件功能协同$ e" P" G9 O+ \1 G3 t
1 q5 i1 [1 r: {' E- f6 n+ ZRMT多级流水ALU处理
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0 F. J, d7 q& @, R* s4 L' g8 U0 \# ], c7 {% }/ _3 V+ ?
二、应用场景
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1、软件定义智能网卡原型& ?# W% N0 b& A" X5 s8 _
C/ k1 @, S" h8 ^. w云数据中心应用种类繁多，针对云-端通信，适配了主流的网络传输层协议QUIC2 K+ {+ p0 j/ `! ?$ r6 k$ {
9 W7 W4 K9 k- h面向云数据中心多租户应用，基于智能网卡原型，部署了k8s虚拟化环境，容器虚拟网络二层交换、三层转发功能
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与系统协议栈、云计算平台等具有良好的兼容性& {/ o" f( n, h* E) K; t2 t: ]" X* x
" |( e" W; m& l支持软件定义边界扩展到服务器第一跳! }% e0 U2 N: x* h# g* D" _, F
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+ A, |; L5 C" a1 V2、超融合安全网关
: L& X( R! b4 F: x
$ ]) i) K+ @4 V) R( v9 m3 a7 k以自主可控高性能交换芯片为前端分流器，泛在网络加速器FPGA作为业务运行平台，支持网关功能加速
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' q; j8 c, f: w A% w. N数据中心门户业务负载均衡、NAT等
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6 _; B3 h! X1 d. m8 q. D" D流量压缩解压缩、加解密、清洗等
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应用防火墙等功能卸载$ Y! v5 [) z7 _- u8 ?
: [ ?6 f+ v; A
基于加速器FPGA开发框架对网关进行重构和功能扩展
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基于加速器FPGA开发新型网关功能，如隐蔽信道检测、地址跳变等
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8 b. e4 {" w2 b* P- l$ }7 p与智能网卡共同支撑数据中心网络纵深安全$ B1 e, P$ k$ R* S5 B+ f, R, a, a0 p
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) f2 j8 I% a6 ?1 B2 {3 u3、异构可重构计算架构
- b% B" h& |/ q4 ^5 p' r6 C1 N6 R8 m) N! _
计算、加速、I/O基于敏捷交换解耦，易于资源扩展、统一管理、开发集成。
& p6 i; E% C A9 q7 Z' N4 G. u( G# h
' Y& s: S2 ~" R: B C3 W2 M5 {5 j9 W% g; M5 N7 Y
计算：轻量级虚拟化FAST UA；类Docker的虚拟化技术；支持自定义功能的卸载和负载均衡
: T- ^2 r0 u0 G( Z) d/ F$ q0 l' }9 e
, h# O! f/ P+ L/ i1 f加速：泛在网络加速器FPGA即服务；泛在网络加速器FPGA OS；加速与卸载等算力提升的重要手段
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8 b$ C9 K1 {$ a5 R" m' ^. Z互连：低延迟时间触发通信一、FPGA加速器2 W7 |$ d4 A2 q e0 V# W: K
' R3 \3 [8 g1 A$ k
; v5 J& \9 L7 ^& p6 k云、网、边协同的算力网络、在网计算的Dis-aggregation数据中心网络、以及异构计算系统总线中计算和网络协同和融合，提出了泛在网络加速器架构FIA。
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资源层：包括FPGA和CPU等可编程资源，异构计算，软硬件协同的网络处理框架2 S I* K* t5 o Y& g5 \
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功能层：可重构通用分组处理流水线RDP与可编程数据深度处理器PDP架构，包括基础库和架构# e _( _% M. d
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解决算网融合下网络编程及性能扩展问题，为网络功能卸载、用户功能加速提供运行环境；赋能端/智能网卡、网/交换机、边/网关的功能，构成泛在的网络加速器服务。$ D4 U$ S" U5 W* `5 r
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1、寄存器级：FPGA OS及开发框架# \" y' ^0 Y! B+ i) ?5 ^* `1 i" y
4 p0 ~$ C" h. M b3 p, o+ V: H针对网络协议栈卸载和应用加速，提出了泛在网络加速器抽象FPGA OS，支持用户面功能UPF运行Runtime。
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异构网络设备统一管理，支持端到端的管理, n4 y6 s1 L9 n" [4 L. k
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! u, j( k# u1 @" @基于开源控制器，设计了软件定义可重构智能网卡、SDN交换机、超融合网关的统一的抽象层，支持软件定义可重构智能网卡、SDN交换机和网关统一管理，构成泛在的网络加速服务层
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统一的设备状态数据库、网络拓扑显示界面
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支持二层、三层路由转发，支持ACL，支持负载均衡等功能应用, [0 d5 s& _* s- ?
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面向云数据中心多租户应用，基于智能网卡原型，部署了k8s虚拟化环境，容器虚拟网络二层交换、三层转发功能
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支持软件定义边界扩展到服务器第一跳
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以自主可控高性能交换芯片为前端分流器，泛在网络加速器FPGA作为业务运行平台，支持网关功能加速
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基于加速器FPGA开发框架对网关进行重构和功能扩展# F( E" R4 ^( F0 i, j i
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与智能网卡共同支撑数据中心网络纵深安全! ? b2 g% t# c) {: w( Q
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3、异构可重构计算架构
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加速：泛在网络加速器FPGA即服务；泛在网络加速器FPGA OS；加速与卸载等算力提升的重要手段
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V# @3 v/ p4 V/ s+ @7 Y$ |互连：低延迟时间触发通信
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发表于 2021-10-18 09:52
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