SmartNIC と NIC の違いは何ですか?

ネットワーク テクノロジーとハードウェア デバイスの継続的な発展により、データ センターとクラウド コンピューティングの状況は変化しました。 仮想化、マイクロサービス アーキテクチャ、モバイル デバイスやクラウド サービスの利用率の急速な増加に伴い、ネットワーク ワークロードの増加率は従来のデータセンター CPU の処理速度をはるかに超えています。 このため、より高いパフォーマンス、より柔軟性、より強力な機能を備えたネットワーク ソリューションを見つけることが急務になっています。

ネットワーク ハードウェアの選択に関しては、スマート ネットワーク インターフェイス カード (SmartNIC) と標準ネットワーク インターフェイス カード (NIC) の XNUMX つのオプションが注目を集めています。 この記事では、特性、違い、および特定の使用例における適切なオプションの選択方法について説明します。

標準ネットワーク インターフェイス カード (NIC): 従来のネットワーク接続方法

標準のネットワーク インターフェイス カードは、何十年にもわたってネットワーク接続の主要な方法でした。 これらは、コンピュータをネットワークに接続し、デバイスとインターネット間の通信を可能にするハードウェア コンポーネントです。 標準のネットワーク インターフェイス カードは、主にデータの送受信に使用され、その信頼性と堅牢性によりデータセンター環境で広く使用されています。

標準ネットワークインターフェースカードの機能

スタンダード ネットワークインターフェースカード 次の基本的な機能があります。

• データパケットの送受信
• データパケットの検証と修正
• データパケットのセグメント化と再構成
• MACアドレス管理

これらの機能は、一般的なネットワーク接続要件をサポートするには十分ですが、より高いパフォーマンスと機能を必要とするデータ集約型アプリケーション、仮想化環境、クラウド コンピューティング、およびハイ パフォーマンス コンピューティングに直面する場合、標準のネットワーク インターフェイス カードでは不十分な場合があります。

従来のハードウェアの限界

NIC ベースのネットワーク カードを含む従来のデータ センター ハードウェアは、最新のデータ センターのニーズを満たすことができなくなりました。   

CPUの過負荷

従来の NIC ベースのアーキテクチャでは、ネットワーク タスクをサーバーの CPU に割り当てるため、CPU に過負荷がかかり、高強度のネットワーク ワークロードに対処できなくなります。  

高性能要件を満たすのが難しい

コンピューティング集約型のアプリケーションには、より高いパフォーマンスと低い遅延が必要です。 従来のハードウェアでは十分なパフォーマンスを提供できず、パフォーマンスのボトルネックが発生します。   

管理やメンテナンスが大変

データセンターの規模が拡大するにつれて、従来のハードウェアの管理と保守はより困難になります。 仮想化とマイクロサービスの成長により、管理の複雑さも増大しています。

スマート ネットワーク インターフェイス カード (SmartNIC): 従来のネットワークを超えて

SmartNIC は、従来のデータ転送機能を超えた新しいタイプのネットワーク カードです。強力なプロセッサ、メモリ、さまざまな高度な機能を実行できる専用ハードウェアが搭載されています。これらの機能には、ネットワーク強化、ストレージ高速化、セキュリティ機能などが含まれます。スマート ネットワーク インターフェイス カードの主な目的は、ホスト CPU からさまざまなネットワーク関連タスクをオフロードして高速化し、専用の処理機能とハードウェア機能を提供して、ネットワークのパフォーマンス、セキュリティ、効率を向上させることです。

SmartNICの機能 

スマート ネットワーク インターフェイス カードは、次のようなさまざまな高度な機能を提供します。

• データパケットのフィルタリングと負荷分散。  

• サービス品質 (QoS) の強制。  

• リモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA)、iSCSI、NVMe over Fabric などのストレージ アクセラレーション。  

• ファイアウォール処理や侵入検知システム (IDS) 検査などのセキュリティ機能。  

これらの機能により、スマート ネットワーク インターフェイス カードは、ネットワーク パフォーマンスの向上からセキュリティの強化、ストレージの高速化に至るまで、さまざまな高度なユースケースに対応する強力なツールになります。  

初期の SmartNIC の実装

早い Smartnic 実装ではレジスタ駆動の ASIC ロジックが使用されており、非常に低いレイテンシ、高いパケット スループット、低消費電力 (通常は 15 ワットから 35 ワットの間) というパフォーマンスの点で優れた性能を発揮しました。 ただし、パフォーマンス上の利点にもかかわらず、必要なプログラム可能性や柔軟性が欠けていることがよくありました。 通常、レジスタを設定するには難解なコマンドライン ツールが必要で、パケットとフローをプログラムで管理する機能がありませんでした。  

SmartNIC のさまざまな導入モード

SmartNIC は、ストレージ、セキュリティ、ネットワーク処理などのさまざまな導入シナリオで重要な役割を果たします。 図に示すように、SmartNIC が実行する特定のタスクには、トンネリング プロトコル (VxLAN など) や複雑な仮想スイッチングの処理が含まれます。 最終的な目標は、消費するホスト CPU プロセッサ コアの数を減らし、より低コストで高性能のソリューションを提供することです。

標準 NIC と SmartNIC の違い

ネットワーク機能

標準 NIC は主に、パケット転送、セグメンテーション、チェックサム修正などの基本的なネットワーク タスクを処理するように設計されています。SmartNIC もこれらのタスクを実行しますが、パケット フィルタリング、負荷分散、サービス品質 (QoS) の適用など、より複雑なネットワーク機能をカード自体に実装し、これらのタスクをホスト CPU からオフロードします。これにより、レイテンシが短縮され、CPU 使用率が低下し、全体的なネットワーク パフォーマンスが向上します。

収納機能

SmartNIC は、特に最新のデータ集約型アプリケーション向けのストレージ高速化に優れています。リモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA)、iSCSI、NVMe over Fabrics などのストレージ機能をオフロードできるため、データ転送速度が向上し、CPU オーバーヘッドが削減されます。対照的に、標準の NIC には、これらのストレージ集約型タスクに必要なハードウェアと処理能力がありません。

SmartNICへのタスクオフロード

SmartNIC の最も顕著な利点の 1 つは、さまざまなタスクをホスト CPU からカードにオフロードできることです。これには、ネットワーク機能やストレージ機能だけでなく、ファイアウォール処理や侵入検知システム (IDS) 検査などのセキュリティ タスクも含まれます。これらのタスクを SmartNIC に移動することで、ホスト CPU はアプリケーション固有の処理に集中する時間を確保でき、アプリケーションのパフォーマンスが向上し、サーバーの無秩序な増加が軽減されます。

標準 NIC と SmartNIC のどちらかを選択する方法

標準 NIC と SmartNIC のどちらを選択する場合は、特定のネットワークのニーズと使用例を評価する必要があります。 考慮すべきいくつかの要素を次に示します。

パフォーマンスとスピード

アプリケーションに優れたネットワーク パフォーマンス、低レイテンシ、負荷分散、ストレージ アクセラレーションなどの高度な機能が必要な場合は、SmartNIC の方が適している可能性があります。SmartNIC はさまざまなタスクをオフロードして高速化できるため、全体的なパフォーマンスが向上します。  

ワークロードとユースケース

ワークロードとユースケースの性質を考慮してください。 SmartNIC は、データ集約型のシナリオ、仮想化環境、機械学習、クラウド サービスで優位性を持っています。これらのシナリオでは高レベルのネットワーキングとストレージ機能が必要となるからです。 環境でより多くの機能とパフォーマンスが必要な場合は、SmartNIC がより適切な選択肢になる可能性があります。

予算とコスト

カードを選択する際には、予算の制約も考慮する必要があります。SmartNIC は、より多くの機能とパフォーマンスを提供するため、通常は標準 NIC よりも高価です。コストが重要な要素である場合は、標準 NIC の方が経済的な選択となる可能性があります。

まとめ

ネットワーク接続の分野では、標準ネットワーク インターフェイス カード (NIC) とスマート ネットワーク インターフェイス カード (SmartNIC) のどちらかを選択することがよくあります。さまざまなユース ケースと要件によって、最適な選択が決まります。E810CAM2-2CP などの一部の Intel ベースのイーサネット アダプターには、イーサネット、TCP/IP、UDP/IP などのさまざまなネットワーク プロトコルのサポート、オンチップ QoS、トラフィック管理、iWARP/RDMA、RoCEv2/RDMA、スマート オフロード、iSCSI や NFS などのストレージ機能など、多くの高度な機能があります。これらのアダプターは、さまざまなオペレーティング システムやハイパーバイザーとの完全な互換性を確保するために厳密にテストおよび認定されており、最高のネットワーク パフォーマンスと機能を求めるユーザーにバランスのとれた信頼性の高いソリューションを提供します。これらの機能を備えた NIC ソリューションに加えて、Mellanox SmartNIC も利用できます。Mellanox Technologies とのコラボレーションにより、これらの SmartNIC は、ネットワークの拡張、オフロード、セキュリティの無限の可能性を実現します。高度な NIC と SmartNIC のどちらを選択しても、ネットワークのニーズに応じて、ネットワークを最適かつ安全で効率的に実行できます。進化し続けるネットワークの分野では、適切なカードを選択することが非常に重要です。これは、ネットワークのパフォーマンス、セキュリティ、およびアプリケーションの配信に直接影響するからです。したがって、標準 NIC と SmartNIC の長所と短所を理解し、特定のニーズに基づいてそれらを選択する方法を知ることは、ネットワークが変化する需要に対応できるようにする上で役立ちます。