应用场景与功能特性

网络场景

网络加速

SmartNIC 可以运行 VMware NSX、OvS vSwitch、Tungsten Fabric vRouter，提高网络带宽，减少延迟，并释放 CPU 周期，提高应用程序性能。

数据面加速方案比较

DDoS 防御

DDoS 攻击是指个人或组织用大量流量淹没目标网络或服务器，导致目标站点或网络的正常流量被拒绝服务。

因为 SmartNIC 可以被编程为动态丢弃 DDoS 攻击数据包，保护数据中心服务器免受 DDoS 攻击。将 DDoS 攻击的检测和防御工作从主机服务器卸载到 SmartNIC 上，可以防止服务器 CPU 被 DDoS 攻击淹没，提高了DDoS 防御能力

F5 声称，与没有 SmartNIC 的服务器相比，配备 SmartNIC 的数据中心服务器可以抵御 300 倍的 DDoS 攻击。此外，SmartNIC 可以过滤所有入站和出站数据包，类似于 IP Tables 的工作原理，为过滤网络流量提供了一个强大的体系架构。

防火墙

SmartNIC 还可以包括一个基本的 Netfilter 防火墙，以减轻主机 CPU 过滤所有入站和出站数据包的负担。

Netfilter 是 iptables 的新版本，它提供了一个非常健壮的体系结构来过滤网络流量。将此防火墙卸载到 SmartNIC 可以节省主机 CPU 每秒数百万条指令。

低延迟

传统的高性能 25GbE 网卡的延迟在 1,000ns 范围内。而使用经过调整后的 SmartNIC，可以在接收到网络数据包时对其进行分析，一次 4Byte。响应数据包可以在 22ns 的极快时间内注入到网络中，这比传统的高性能网卡快 40 倍以上。

存储场景

存储加速

在虚拟化技术爆发之前，大多数服务器只是运行本地存储，这虽然不是很高效，但是很容易使用。然后是网络存储的兴起：SAN、NAS、NVMe-oF（NVMe over Fabrics）。

但是，并非每个应用程序都可识别 SAN，并且某些操作系统和虚拟机管理程序（e.g. Windows 和 VMware）尚不支持 NVMe-oF。此时，SmartNIC 还可以兼作存储控制器，管理数据中心服务器上的 HDD（硬盘驱动器）或 SSD（固态驱动器）。SmartNIC 通常连接到与服务器中的与存储相同的总线上，因此，其可以直接与存储设备通信，数据无需流向服务器的 CPU，只需从存储设备流向 SmartNIC。

另外，SmartNIC 硬件可以提高数据存储加密的安全性，它可用于从 NVMe 驱动器或 CPU 卸载数据加密/解密任务。此时，硬盘仅用于存储加密后的数据。

一些 SmartNIC，如赛灵思的 Alveo U25，在它们自己的本地存储中同时具有千兆字节的片上/板载内存。该存储可以作为服务器自己的 NVMe 磁盘的缓存。

虚拟化场景

超融合基础设施

超融合基础设施使用了 VMM 来虚拟化本地存储和网络，以使其可用到群集中的其他服务器或客户端，能够实现快速部署，有利于共享存储资源。但是 VMM 占用了本应用于运行应用程序的 CPU 周期。与标准服务器一样，网络运行的速度越快，存储设备的速度越快，则必须投入更多的 CPU 来虚拟化这些资源。

SmartNIC 一方面可以卸载并帮助虚拟化网络，用于加速私有云和公共云，这就是为什么它们有时被称为 CloudNIC 的原因；另一方面可以卸载网络和大部分的存储虚拟化，可以减轻 SDS 和 HCI 的功能负担，例如：压缩、加密、重复数据删除、RAID、报告等。SmartNIC 甚至可以虚拟化 GPU 或其他神经网络处理器，这样任何服务器都可以在需要的时候通过网络访问任意数量的 GPU。

超融合架构数据中心中，SmartNIC 为 SDN 和虚拟化应用程序提供硬件加速与网络接口紧密结合，并可分布在大型服务器网络中，减小 CPU 负载，提供额外的边缘计算能力，加速特定应用和虚拟化功能，并且通过正确的语言和工具链支持，为用户提供应用加速即服务的附加价值。

特殊业务场景

视频转码

使用 ABR（自适应比特率）压缩对视频进行转码以支持移动设备是 CPU 密集型任务之一，尤其是对于实时视频应用程序。这些压缩任务非常线性的，并且已经被移植到基于 FPGA 的加速器上，与常规 CPU 相比，基于 FPGA 的加速器任务效率要高 10 到 20 倍。

高频交易平台

高频交易是指从那些人们无法利用的极为短暂的市场变化中寻求获利的计算机化交易，比如，某种证券买入价和卖出价差价的微小变化，或者某只股票在不同交易所之间的微小价差。

总之，高频交易都是由计算机自动完成的程序化交易，并且，交易量巨大，需要 Smart NIC 具有超低延迟的特性。

5G MEC

5 G技术要求网络实现 “大容量、大带宽、大联接、低延迟、低功耗” 驱动了 Smart NIC 在边缘机房部署的可能。

在当前网络架构中，核心网部署在远端，传输时延较大，且无法满足 5G 时代下数字化和智能化对算力的高要求。为了分担终端算力，将算力向云端移动，同时为了降低时延，将业务向边缘移动。MEC 部署在网络边缘，可以减少数据传输过程中的转发和处理时延，并降低终端成本。

但随着各种业务和应用汇聚在边缘端，导致 MEC 边缘云的计算开销激增，而边缘机房的供电、散热及承重能力有限，无法通过堆加大量的 X86 CPU 来提升算力，且 CPU 性能已无法按摩尔定律增长。

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