Was ist der Unterschied zwischen SmartNIC und NIC?

Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Netzwerktechnologie und Hardwaregeräten hat die Landschaft von Rechenzentren und Cloud Computing verändert. Mit der rasanten Zunahme der Virtualisierung, der Microservice-Architektur und der hohen Auslastung mobiler Geräte und Cloud-Dienste hat die Wachstumsrate der Netzwerk-Workloads die Verarbeitungsgeschwindigkeit herkömmlicher Rechenzentrums-CPUs bei weitem übertroffen. Daher ist es dringend erforderlich, Netzwerklösungen mit höherer Leistung, mehr Flexibilität und leistungsfähigeren Funktionen zu finden.

Bei der Auswahl der Netzwerkhardware sind intelligente Netzwerkschnittstellenkarten (SmartNICs) und Standard-Netzwerkschnittstellenkarten (NICs) zwei Optionen, die Aufmerksamkeit erregen. In diesem Artikel werden die Merkmale und Unterschiede sowie die Auswahl der geeigneten Option in bestimmten Anwendungsfällen untersucht.

Standard-Netzwerkschnittstellenkarte (NIC): Die traditionelle Art der Netzwerkverbindung

Standardmäßige Netzwerkschnittstellenkarten sind seit Jahrzehnten die wichtigste Art der Netzwerkverbindung. Dabei handelt es sich um Hardwarekomponenten, die Computer mit Netzwerken verbinden und so die Kommunikation zwischen Geräten und dem Internet ermöglichen. Standard-Netzwerkschnittstellenkarten werden hauptsächlich zum Senden und Empfangen von Daten verwendet und werden aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Robustheit häufig in Rechenzentrumsumgebungen eingesetzt.

Die Funktionen von Standard-Netzwerkschnittstellenkarten

Standard Netzwerkschnittstellenkarten haben folgende Grundfunktionen:

• Senden und Empfangen von Datenpaketen
• Überprüfung und Korrektur von Datenpaketen
• Segmentierung und Zusammenbau von Datenpaketen
• MAC-Adressverwaltung

Diese Funktionen reichen aus, um allgemeine Netzwerkverbindungsanforderungen zu unterstützen. Bei datenintensiven Anwendungen, Virtualisierungsumgebungen, Cloud Computing und Hochleistungsrechnen, die eine höhere Leistung und Funktionalität erfordern, können jedoch Standard-Netzwerkschnittstellenkarten unzureichend sein.

Die Grenzen traditioneller Hardware

Herkömmliche Rechenzentrumshardware, einschließlich NIC-basierter Netzwerkkarten, kann die Anforderungen moderner Rechenzentren nicht mehr erfüllen.   

CPU-Überlastung

Herkömmliche NIC-basierte Architekturen weisen der CPU des Servers Netzwerkaufgaben zu, was zu einer Überlastung der CPU und zur Unfähigkeit führt, hochintensive Netzwerkarbeitslasten zu bewältigen.  

Schwierigkeiten bei der Erfüllung hoher Leistungsanforderungen

Rechenintensive Anwendungen erfordern eine höhere Leistung und geringe Latenz. Herkömmliche Hardware kann nicht genügend Leistung bereitstellen, was zu Leistungsengpässen führt.   

Schwierigkeiten bei der Verwaltung und Wartung

Da die Größe von Rechenzentren zunimmt, wird die Verwaltung und Wartung herkömmlicher Hardware immer schwieriger. Das Wachstum von Virtualisierung und Microservices erhöht auch die Komplexität des Managements.

Smart Network Interface Card (SmartNIC): Jenseits traditioneller Netzwerke

SmartNIC ist ein neuer Typ von Netzwerkkarte, der über die herkömmliche Datenübertragungsfunktion hinausgeht. Sie sind mit leistungsstarken Prozessoren, Speicher und dedizierter Hardware ausgestattet, die verschiedene erweiterte Funktionen ausführen kann. Zu diesen Funktionen gehören Netzwerkverbesserung, Speicherbeschleunigung, Sicherheitsfunktionen und mehr. Das Hauptziel intelligenter Netzwerkschnittstellenkarten besteht darin, verschiedene netzwerkbezogene Aufgaben von der Host-CPU zu entlasten und zu beschleunigen, indem dedizierte Verarbeitungsfunktionen und Hardwarefunktionen bereitgestellt werden, um die Netzwerkleistung, -sicherheit und -effizienz zu verbessern.

Die Funktionen von SmartNIC 

Intelligente Netzwerkschnittstellenkarten bieten eine Reihe erweiterter Funktionen, darunter:

• Datenpaketfilterung und Lastausgleich.  

• Durchsetzung der Dienstgüte (Quality of Service, QoS).  

• Speicherbeschleunigung, einschließlich Remote Direct Memory Access (RDMA), iSCSI und NVMe over Fabrics.  

• Sicherheitsfunktionen wie Firewall-Verarbeitung und Intrusion Detection System (IDS)-Inspektion.  

Diese Funktionen machen intelligente Netzwerkschnittstellenkarten zu leistungsstarken Werkzeugen für verschiedene erweiterte Anwendungsfälle, von der Verbesserung der Netzwerkleistung über die Verbesserung der Sicherheit bis hin zur Speicherbeschleunigung.  

Frühe SmartNIC-Implementierungen

Früh SmartNIC Bei den Implementierungen wurde eine registergesteuerte ASIC-Logik verwendet, die hinsichtlich der Leistung eine gute Leistung erbrachte, mit sehr geringer Latenz, hohem Paketdurchsatz und geringem Stromverbrauch (typischerweise zwischen 15 Watt und 35 Watt). Trotz ihrer Leistungsvorteile mangelte es ihnen jedoch häufig an der notwendigen Programmierbarkeit und Flexibilität. Sie benötigten in der Regel obskure Befehlszeilentools zum Festlegen von Registern und verfügten nicht über die Fähigkeit, Pakete und Datenströme programmgesteuert zu verwalten.  

Verschiedene Bereitstellungsmodi von SmartNICs

SmartNICs spielen eine Schlüsselrolle in verschiedenen Bereitstellungsszenarien, einschließlich Speicher, Sicherheit und Netzwerkverarbeitung. Zu den spezifischen Aufgaben, die SmartNICs übernehmen können, gehört die Handhabung von Tunnelprotokollen (z. B. VxLAN) und komplexem virtuellen Switching, wie in der Abbildung dargestellt. Ihr ultimatives Ziel besteht darin, weniger Host-CPU-Prozessorkerne zu verbrauchen und gleichzeitig leistungsstärkere Lösungen zu geringeren Kosten bereitzustellen.

Der Unterschied zwischen Standard-NICs und SmartNICs

Netzwerkfunktion

Standard-NICs sind hauptsächlich für die Ausführung grundlegender Netzwerkaufgaben wie Paketübertragung, Segmentierung und Prüfsummenkorrektur konzipiert. Obwohl SmartNICs diese Aufgaben ebenfalls ausführen, implementieren sie komplexere Netzwerkfunktionen auf der Karte selbst, wie Paketfilterung, Lastausgleich und Durchsetzung der Dienstgüte (QoS), und entlasten so die Host-CPU von diesen Aufgaben. Dies reduziert die Latenz, verringert die CPU-Auslastung und verbessert die allgemeine Netzwerkleistung.

Speicherfunktion

SmartNICs zeichnen sich durch Speicherbeschleunigung aus, insbesondere für moderne datenintensive Anwendungen. Sie können Speicherfunktionen wie Remote Direct Memory Access (RDMA), iSCSI und NVMe over Fabrics auslagern, was die Datenübertragungsgeschwindigkeit erhöht und den CPU-Overhead reduziert. Im Gegensatz dazu fehlen Standard-NICs die für diese speicherintensiven Aufgaben erforderlichen Hardware- und Verarbeitungsfunktionen.

Aufgabenauslagerung an SmartNIC

Einer der bemerkenswertesten Vorteile von SmartNICs ist ihre Fähigkeit, verschiedene Aufgaben von der Host-CPU auf die Karte zu verlagern. Dazu gehören nicht nur Netzwerk- und Speicherfunktionen, sondern auch Sicherheitsaufgaben wie Firewall-Verarbeitung und Intrusion Detection System (IDS)-Prüfung. Durch die Verlagerung dieser Aufgaben auf die SmartNIC kann die Host-CPU Zeit frei machen, um sich auf anwendungsspezifische Verarbeitung zu konzentrieren, was die Anwendungsleistung verbessert und die Serverausbreitung reduziert.

So wählen Sie zwischen Standard-NICs und SmartNICs

Bei der Wahl zwischen Standard-NICs und SmartNICs müssen Sie Ihre spezifischen Netzwerkanforderungen und Anwendungsfälle bewerten. Hier sind einige Faktoren, die Sie berücksichtigen sollten:

Leistung und Geschwindigkeit

Wenn Ihre Anwendungen eine hervorragende Netzwerkleistung, geringere Latenz und erweiterte Funktionen wie Lastausgleich, Speicherbeschleunigung usw. erfordern, sind SmartNICs möglicherweise die bessere Wahl. Sie können verschiedene Aufgaben auslagern und beschleunigen, was die Gesamtleistung verbessert.  

Arbeitsbelastung und Anwendungsfall

Berücksichtigen Sie die Art Ihrer Arbeitsbelastung und Ihres Anwendungsfalls. SmartNICs sind in datenintensiven Szenarien, virtualisierten Umgebungen, maschinellem Lernen und Cloud-Diensten im Vorteil, da diese Szenarien Netzwerk- und Speicherfunktionen auf hohem Niveau erfordern. Wenn Ihre Umgebung mehr Funktionalität und Leistung erfordert, sind SmartNICs möglicherweise die geeignetere Wahl.

Budget und Kosten

Bei der Auswahl einer Karte müssen Sie auch Ihre Budgetbeschränkungen berücksichtigen. SmartNICs sind in der Regel teurer als Standard-NICs, da sie mehr Funktionalität und Leistung bieten. Wenn die Kosten ein wichtiger Faktor sind, sind Standard-NICs möglicherweise die wirtschaftlichere Wahl.

Fazit

Im Bereich der Netzwerkkonnektivität müssen wir uns häufig zwischen Standard-Netzwerkschnittstellenkarten (NICs) und intelligenten Netzwerkschnittstellenkarten (SmartNICs) entscheiden. Unterschiedliche Anwendungsfälle und Anforderungen bestimmen Ihre beste Wahl. Einige Intel-basierte Ethernet-Adapter, wie der E810CAM2-2CP, verfügen über viele erweiterte Funktionen, darunter Unterstützung für verschiedene Netzwerkprotokolle wie Ethernet, TCP/IP, UDP/IP usw., On-Chip-QoS, Verkehrsmanagement, iWARP/RDMA, RoCEv2/RDMA, Smart Offload und Speicherfunktionen wie iSCSI und NFS. Diese Adapter werden streng getestet und zertifiziert, um die vollständige Kompatibilität mit verschiedenen Betriebssystemen und Hypervisoren sicherzustellen und eine ausgewogene und zuverlässige Lösung für Benutzer bereitzustellen, die die beste Netzwerkleistung und -funktionalität suchen. Zusätzlich zu diesen vorgestellten NIC-Lösungen sind auch Mellanox SmartNICs erhältlich. In Zusammenarbeit mit Mellanox Technologies eröffnen diese SmartNICs die unendlichen Möglichkeiten der Netzwerkverbesserung, des Offloads und der Sicherheit. Egal, ob Sie sich für eine erweiterte Netzwerkkarte oder eine SmartNIC entscheiden, Sie können sicherstellen, dass Ihr Netzwerk entsprechend Ihren Netzwerkanforderungen optimal, sicher und effizient läuft. Im sich ständig weiterentwickelnden Bereich der Vernetzung ist die Wahl der richtigen Karte von entscheidender Bedeutung, da sie sich direkt auf die Leistung, Sicherheit und Anwendungsbereitstellung Ihres Netzwerks auswirkt. Wenn Sie daher die Vor- und Nachteile von Standard-NICs und SmartNICs kennen und wissen, wie Sie diese basierend auf Ihren spezifischen Anforderungen auswählen, können Sie sicherstellen, dass Ihr Netzwerk den sich ändernden Anforderungen gerecht wird.