Давным-давно, когда сервера были большими, нагрузка на них ложилась монолитно: операционная система (одна-единственная), системные процессы и пользовательские задачи расходовали общие аппаратные ресурсы. Потом появились виртуальные машины, разделившие нагрузку логически на хостовую и гостевую; облачные сервисы оформили это разделение окончательно. Настало время закрепить его в железе; для этого Intel предлагает использовать устройства нового типа — IPU (Infrastructure Processing Unit).

IPU — краткое вступление

Что такое IPU? Как видно из КДПВ, это программируемое сетевое устройство, на которое провайдер облачных сервисов может перенести свои инфраструктурные задачи: управление, хранение данных, сетевой обмен. Таким образом, он убивает сразу трех зайцев.

1. Полностью высвобождает ресурсы центральных процессоров для нужд гостевых задач.




В микросервисах Facebook 31-83% процессорного времени тратится на накладные расходы

2. Разделяет гостевое и хостовое рабочее пространство, изолируя важнейшие компоненты безопасности от доступа извне.



3. Позволяет внедрить бездисковые конфигурации с сетевым хранилищем.



В настоящее время Intel разрабатывает три варианта IPU для различных областей применения:

• микросхему IPU в виде ASIC для встраивания в различные серверные платформы;
• IPU в виде карты PCIe на базе процессора Intel Xeon и FPGA Agilex;
• управляемую сетевую карту с функцией обработки трафика.

Oak Springs Canyon

Oak Springs Canyon — высокопроизводительное специализированное устройство, предназначенное для ускорения сетевых и дисковых операций, выполненное на базе SoC Intel Xeon D и FPGA Intel Agilex. С его использованием можно реализовать такие виртуальные схемы как Open vSwitch, NVMe over Fabric, RDMA over Converged Ethernet и другие. Работа с устройством осуществляется через Intel Open FPGA Stack (Intel OFS), DPDK и SPDK. Наличие FPGA элемента обеспечивает Oak Springs Canyon дополнительную функциональную гибкость.



Акселератор имеет два порта 100G; важно, что даже для таких высоких скоростей обеспечивается шифрование трафика без внесения дополнительных задержек.

Arrow Creek

Arrow Creek — это высокопроизводительная платформа для ускорения сетевых операций в сетях 100G, построенная на базе контроллера Intel Ethernet E810 и FPGA Intel Agilex/Intel MAX 10. Платформа позволяет гибко настроить обработку трафика, реализовать бриджирование и различные сетевые сервисы. Программируется акселератор с помощью Intel OFS и DPDK. Для обеспечения безопасности в платформу встроен аппаратный Root of Trust, обновление конфигурации FPGA и микропрограмм происходит через шину PCIe.



Платформа Arrow Creek имеет форм-фактор PCIe 4.0 x16, на борту 16 Гб DDR4 плюс дополнительно 1 Гб для нужд центрального процессора.

Mount Evans

Mount Evans — самый амбициозный проект Intel в этой области, IPU в формате специализированной микросхемы (ASIC). Разработанный в сотрудничестве с крупнейшими облачными провайдерами, помимо указанного выше функционала IPU, SoC Mount Evans использует наработки третьих фирм. Конвейер обработки трафика настраивается с помощью программного языка P4 компании Barefoot, приобретенной Intel; в проектировании программной части также принимала участие компания Accel.



SoC поддерживает до 4 процессоров Intel Xeon на хост-системе, обрабатывает трафик до 200 Гбит/c в дуплексе. В качестве вычислительного устройства используются 16 ARM ядер Neoverse N1.