Во время открытия GTC’21 наибольшее внимание привлёк, конечно, анонс собственного серверного Arm-процессора NVIDIA — Grace. Говорят, из-за этого даже акции Intel просели, хотя в последних решениях самой NVIDIA процессоры x86-64 были нужны уже лишь для поддержки «обвязки» вокруг непосредственно ускорителей. Да, теперь у NVIDIA есть три точки опоры, три столпа для будущего развития: GPU, DPU и CPU. Причём расположение их именно в таком порядке неслучайно.

У процессора Grace, который выйдет только в 2023 году, даже по современным меркам «голая» производительность не так уж высока — в SPECrate2017_int его рейтинг будет 300. Но это и неважно потому, что он, как и сейчас, нужен лишь для поддержки ускорителей (которые для краткости будем называть GPU, хотя они всё менее соответствуют этому определению), что возьмут на себя основную вычислительную нагрузку.

Гораздо интереснее то, что уже в 2024 году появятся BlueField-4, для которых заявленный уровень производительности в том же SPECrate2017_int составит 160. То есть DPU (Data Processing Unit, сопроцессор для данных) формально будет всего лишь в два раза медленнее CPU Grace, но при этом включать 64 млрд транзисторов. У нынешних ускорителей A100 их «всего» 54 млрд, и это один из самых крупных массово производимых чипов на сегодня.

Значительный объём транзисторного бюджета, очевидно, пойдёт не на собственной сетевую часть, а на Arm-ядра и различные ускорители. Анонсированные в прошлом году и ставшие доступными сейчас DPU BlueField-2 намного скромнее. Но именно с их помощью NVIDIA готовит экосистему для будущих комплексных решений, где DPU действительно станут «третьим сокетом», как когда-то провозгласил стартап Fubgible, успевший анонсировать до GTC’21 и собственную СХД, и более общее решение для дата-центров. Однако подход двух компаний отличается.

Напомним основные характеристики BlueField-2. Сетевая часть, представленная Mellanox ConnectX-6 Dx, предлагает до двух портов 100 Гбит/с, причём доступны варианты и с Ethernet, и с InfiniBand. Есть отдельные движки для ускорения криптографии, регулярных выражений, (де-)компрессии и т.д. Всё это дополняют 8 ядер Cortex-A78 (до 2,5 ГГц), от 8 до 32 Гбайт DDR4-3200 ECC, собственный PCIe-свитч и возможность подключения M.2/U.2-накопителя. Кроме того, будет вариант BlueField-2X c GPU на борту. Характеристики конкретных адаптеров на базе BlueField-2 отличаются, но, в целом, перед нами полноценный компьютер. А сама NVIDIA называет его DOCA (DataCenter on a Chip Architecture), дата-центром на чипе.

Для работы с ним предлагается обширный набор разработчика DOCA SDK, который включает драйверы, фреймворки, библиотеки, API, службы и собственно среду исполнения. Все вместе они покрывают практически все возможные типовые серверные нагрузки и задачи, а также сервисы, которые с помощью SDK относительно легко перевести в разряд программно определяемых, к чему, собственно говоря, все давно стремятся. NVIDIA обещает, что DOCA станет для DPU тем же, чем стала CUDA для GPU, сохранив совместимость с последующими версиями ПО и «железа».

На базе этого программно-аппаратного стека компания уже сейчас предлагает несколько решений. Первое — платформа NVIDIA AI Enterprise для простого, быстрого и удобного внедрения ИИ-решений. В качестве основы используется VMware vSphere, где развёртываются виртуальные машины и контейнеры, что упрощает работу с инфраструктурой, при этом производительность обещана практически такая же, как и в случае bare-metal.

DPU и в текущем виде поддерживают возможность разгрузки для некоторых задач, но VMware вместе с NVIDIA переносят часть типовых задач гипервизора с CPU непосредственно на DPU. Кроме того, VMware продолжает работу над переносом своих решений с x86-64 на Arm, что вполне укладывается в планы развития Arm-экосистемы со стороны NVIDIA. Одним из направлений является 5G, причём работа ведётся по нескольким направлениям. Во-первых, сама Arm разрабатывает периферийную платформу на базе Ampere Altra, дополненных GPU и DPU.

NVIDIA Aerial A100

Во-вторых, у NVIDIA конвергентное решение — ускоритель Aerial A100, который объединяет в одной карте собственно A100 и DPU. При этом он может использоваться как для ускорения работы собственно радиочасти, так и для обработки самого трафика и реализации различных пограничных сервисов. Там же, где не требуется высокая плотность (как в базовой станции), NVIDIA предлагает использовать более привычную EGX-платформу с раздельными GPU (от A100 и A40 до A30/A10) и DPU.

Одним из вариантов комплексного применения таких платформ является проект Morpheus. В его рамках предполагается установка DPU в каждый сервер в дата-центре. Мощностей DPU, в частности, вполне хватает для инспекции трафика, что позволяет отслеживать взаимодействие серверов, приложений, ВМ и контейнеров внутри ЦОД, а также, очевидно, применять различные политики в отношении трафика. DPU в данном случае выступают как сенсоры, данных от которых стекаются в EGX, и, вместе с тем локальными шлюзами безопасности.

Ручная настройка политик и отслеживание поведения всего парка ЦОД возможны, но не слишком эффективны. Поэтому NVIDIA предлагает как возможность обучения, так и готовые модели (с дообучением по желанию), которые исполняются на GPU внутри EGX и позволяют быстро выявить аномальное поведение, уведомить о нём и отсечь подозрительные приложения или узлы от остальной сети. В эпоху микросервисов, говорит компания, более чем актуально следить за состоянием инфраструктуры внутри ЦОД, а не только на его границе, как было раньше, когда всё внутри дата-центра по умолчанию считалось доверенной средой.

Кроме того, с помощью DPU и DOCA можно перевести инфраструктуру ЦОД на облачную модель и упростить оркестрацию. Но не только ЦОД — обновлённая суперкомпьютерная платформа DGX SuperPOD for Enterprise теперь тоже обзавелась DPU (с InfiniBand) и ПО Base Command, которые позволяют «нарезать» машину на изолированные инстансы с необходимой конфигурацией, упрощая таким образом совместное использование и мониторинг. А это, в свою очередь, повышает эффективность загрузки суперкомпьютера. Base Command выросла из внутренней системы управления Selene, собственным суперкомпьютером NVIDIA, на котором, например, компания обучает модели.

DPU доступны как отдельные устройства, так и в составе сертифицированных платформ NVIDIA и решений партнёров компании, причём спектр таковых велик. Таким образом компания пытается выстроить комплексный подход, предлагая программно-аппаратные решения вкупе с данными (моделями). Аналогичный по своей сути подход исповедует Intel, а AMD с поглощением Xilinx, надо полагать, тоже будет смотреть в эту сторону. И «угрозу» для них представляют не только GPU, но теперь и DPU. А вот новые CPU у NVIDIA, вероятно, на какое-то время останутся только в составе собственных продуктов, в независимости от того, разрешат ли компании поглотить Arm.

Идея «сопроцессора данных», озвученная всерьёз в 2020 году компанией Fungible, продолжает активно развиваться и прокладывать себе дорогу в жизнь. На конференции GTC 2021 корпорация NVIDIA анонсировала новое поколение «умных» сетевых карт BlueField-3, способное работать на скорости 400 Гбит/с.

Изначально серия ускорителей BlueField разрабатывалась компанией Mellanox, и одной из целей создания столь продвинутых сетевых адаптеров стала реализация концепции «нулевого доверия» (zero trust) для сетевой инфраструктуры ЦОД нового поколения. Адаптеры BlueField-2 были анонсированы в начале прошлого года. Они поддерживали два 100GbE-порта, микросегментацию, и могли осуществлять глубокую инспекцию пакетов полностью автономно, без нагрузки на серверные ЦП. Шифрование TLS/IPSEC такие карты могли выполнять на полной скорости, не создавая узких мест в сети.

Кристалл BlueField-3 не уступает в сложности современным многоядерным ЦП — 22 млрд транзисторов

Но на сегодня 100 и даже 200 Гбит/с уже не является пределом мечтаний — провайдеры и разработчики ЦОД активно осваивают скорости 400 и 800 Гбит/с. Столь скоростные сети требуют нового уровня производительности от DPU, и NVIDIA вскоре сможет предложить такой уровень: на конференции GTC 2021 анонсировано новое, третье поколение карт BlueField.

Если BlueField-2 могла похвастаться массивом из восьми ядер ARM Cortex-A72, объединённых когерентной сетью, то BlueField-3 располагает уже шестнадцатью ядрами Cortex-A78 и в четыре раза более мощными блоками криптографии и DPI. Совокупно речь идёт о росте производительности на порядок, что позволяет новинке работать без задержек на скорости 400 Гбит/с — и это первый в индустрии адаптер класса 400GbE со столь продвинутыми возможностями, поддерживающий, к тому же, стандарт PCI Express 5.0. Известно, что столь быстрым сетевым решениям PCIe 5.0 действительно необходим.

С точки зрения поддерживаемых возможностей BlueField-3 обратно совместим с BlueField-2, что позволит использовать уже имеющиеся наработки в области программного обеспечения для DPU. Одновременно с анонсом нового DPU компания представила и открытую программную платформу DOCA, упрощающую разработку ПО для таких сопроцессоров, поскольку они теперь занимаются не просто обработкой сетевого трафика, а оркестрацией работы серверов, приложений и микросервисов в рамках всего дата-центра.

В настоящее время NVIDIA сотрудничает с такими крупными поставщиками серверных решений, как Dell EMC, Inspur, Lenovo и Supermicro, со стороны разработчиков ПО интерес к BlueField проявляют Canonical, VMWare, Red Hat, Fortinet, NetApp и ряд других компаний. О массовом производстве BlueField-3 речи пока не идёт, поставка малыми партиями ожидается в первом квартале 2022 года, но карты BlueField-2 доступны уже сейчас. А в 2024 году появятся BlueField-4 с портами 800 Гбит/с.

Мир сетевых карт становится умнее. Это следующий шаг в дезагрегации ресурсов центров обработки данных. Наличие расширенных возможностей сетевых карт позволяет разгрузить центральный процессор, при этом специализированные сетевые адаптеры обеспечивают более совершенные функции и безопасность. В этой новости мы познакомим вас сразу с двумя адаптерами: Silicom SmartNIC N5010 и Inventec SmartNIC C5020X.

Silicom FPGA SmartNIC N5010 предназначена для систем крупных коммуникационных провайдеров. Операторы все чаще стремятся заменить проприетарные форм-факторы от поставщиков телекоммуникационного оборудования на более стандартные варианты. В рамках этого мы видим, что производители ПЛИС не прочи освоить и эту нишу.

В Silicom FPGA SmartNIC N5010 используется Intel Stratix 10 DX с 8 Гбайт памяти HBM. Поскольку пропускная способность памяти становится все большим аспектом производительности системы, HBM будет продолжать распространяться за пределы графических процессоров и FPGA. В SmartNIC и DPU память HBM может использоваться для размещения индексных таблиц поиска и других функций для интенсивных сетевых нагрузок. Помимо HBM SmartNIC N5010 имеет еще 32 Гбайт памяти DDR4 ECC. SmartNIC N5010 потребляет до 225 Вт, что предполагает несколько вариантов исполнения карты, в том числе и с активным охлаждением.

Самая интересная особенность новой карты — 4 сетевых порта по 100 Гбит/с. На плате SmartNIC N5010 установлены две базовые сетевые карты Intel E810 (Columbiaville). На приведенной схеме можно заметить, что используется интерфейс PCIe Gen4 x16, причем их тут сразу два. Для работы четырех 100GbE-портов уже недостаточно одного интерфейса PCIe 4.0 x16. Второй порт PCIe 4.0 x16 может быть подключен через дополнительный кабель к линиям второго процессора, чтобы избежать межпроцессорного взаимодействия для передачи данных.

Вторая новинка, Inventec FPGA SmartNIC C5020X, совмещает на одной плате процессор Intel Xeon D и FPGA Intel Stratix 10. Этот адаптер предназначен для разгрузки центрального процессора в серверах крупных облачных провайдеров. На плате установлен процессор Intel Xeon D-1612 с 32-Гбайт SSD и 16 Гбайт DDR4, подключение к ПЛИС Intel Stratix 10 DX 1100 осуществляется через PCIe 3.0 x8. Нужно отметить, что FPGA Stratix имеет свои собственные 16 Гбайт памяти DDR4, а также обеспечивает сетевые подключения 25/50 Гбит/с и оснащен интерфейсом PCIe 4.0 x8, через который адаптер подключается к хосту.

У Inventec уже есть решение на базе Arm (Inventec X250), которое использует ПЛИС Arria 10 GX660 вместе с сетевым адаптером Broadcom Stingray BCM8804, которое имеет аналогичный форм-фактор и TPD не более 75 Вт. Однако для некоторых организаций наличие единой x86 платформы, включая SmartNIC, упрощает развертывание, поэтому вариант C5020X для таких компаний более предпочтителен.

Решение получилось очень интересным, однако вряд ли его можно назвать адаптером для массового рынка, как Intel Columbiaville. На примере этого адаптера Intel показала, что может объединить элементы своего портфеля для создания комплексных решений. Inventec FPGA SmartNIC C5020X является хорошей альтернативой предложению на базе Broadcom, что позволит крупным облачным провайдерам диверсифицировать свои платформы.

Несмотря на то, что обе новинки классифицируются как «умные» сетевые адаптеры SmartNIC, вторая, пожалуй, уже ближе к DPU, если сравнивать её с адаптерами NVIDIA DPU, в которых сетевая часть дополнена Arm-процессором и GPU-ускорителем. В данном случае есть и x86-ядра общего назначения, и ускоритель, хотя и на базе ПЛИС. Впрочем, устоявшегося определения DPU и списка критериев соответствия этому классу процессоров пока нет.