Qual é a diferença entre SmartNIC e NIC?

O desenvolvimento contínuo da tecnologia de rede e dos dispositivos de hardware mudou o cenário dos data centers e da computação em nuvem. Com o rápido aumento da virtualização, da arquitetura de microsserviços e da alta utilização de dispositivos móveis e serviços em nuvem, a taxa de crescimento das cargas de trabalho de rede excedeu em muito a velocidade de processamento das CPUs tradicionais dos data centers. Isto torna urgente encontrar soluções de rede com maior desempenho, mais flexibilidade e funções mais poderosas.

Em relação à seleção de hardware de rede, placas de interface de rede inteligentes (SmartNICs) e placas de interface de rede padrão (NICs) são duas opções que chamam a atenção. Este artigo explorará as características, diferenças e como escolher a opção apropriada em casos de uso específicos.

Placa de interface de rede padrão (NIC): a forma tradicional de conexão de rede

As placas de interface de rede padrão têm sido a principal forma de conexão de rede há décadas. São componentes de hardware que conectam computadores a redes, possibilitando a comunicação entre dispositivos e a Internet. Placas de interface de rede padrão são usadas principalmente para transmissão e recepção de dados e são amplamente utilizadas em ambientes de data center por sua confiabilidade e robustez.

As funções das placas de interface de rede padrão

Standard placas de interface de rede possuem as seguintes funções básicas:

• Transmissão e recepção de pacotes de dados
• Verificação e correção de pacotes de dados
• Segmentação e remontagem de pacotes de dados
• Gerenciamento de endereço MAC

Essas funções são suficientes para suportar requisitos comuns de conexão de rede, mas placas de interface de rede padrão podem ser inadequadas ao enfrentar aplicativos com uso intensivo de dados, ambientes de virtualização, computação em nuvem e computação de alto desempenho que exigem maior desempenho e funcionalidade.

As limitações do hardware tradicional

O hardware tradicional dos data centers, incluindo placas de rede baseadas em NIC, não consegue mais atender às necessidades dos data centers modernos.   

Sobrecarga de CPU

A arquitetura tradicional baseada em NIC atribui tarefas de rede à CPU do servidor, o que resulta em sobrecarga da CPU e incapacidade de lidar com cargas de trabalho de rede de alta intensidade.  

Dificuldade em atender aos requisitos de alto desempenho

Aplicativos com uso intensivo de computação exigem maior desempenho e baixa latência. O hardware tradicional não consegue fornecer desempenho suficiente, resultando em gargalos de desempenho.   

Dificuldade de gerenciamento e manutenção

À medida que a escala dos data centers se expande, o gerenciamento e a manutenção do hardware tradicional se tornam mais difíceis. O crescimento da virtualização e dos microsserviços também aumenta a complexidade do gerenciamento.

Placa de interface de rede inteligente (SmartNIC): além da rede tradicional

SmartNIC é um novo tipo de placa de rede que vai além da função tradicional de transmissão de dados. Elas são equipadas com processadores poderosos, memória e hardware dedicado que podem executar várias funções avançadas. Essas funções incluem aprimoramento de rede, aceleração de armazenamento, recursos de segurança e muito mais. O principal objetivo das placas de interface de rede inteligentes é descarregar e acelerar várias tarefas relacionadas à rede da CPU do host, fornecendo recursos de processamento dedicados e funções de hardware para aprimorar o desempenho, a segurança e a eficiência da rede.

As funções do SmartNIC 

As placas de interface de rede inteligentes oferecem uma variedade de funções avançadas, incluindo:

• Filtragem de pacotes de dados e balanceamento de carga.  

• Aplicação de qualidade de serviço (QoS).  

• Aceleração de armazenamento, incluindo acesso remoto direto à memória (RDMA), iSCSI e NVMe sobre Fabrics.  

• Recursos de segurança, como processamento de firewall e inspeção do sistema de detecção de intrusão (IDS).  

Essas funções tornam as placas de interface de rede inteligentes ferramentas poderosas para vários casos de uso avançados, desde melhorar o desempenho da rede até aumentar a segurança e acelerar o armazenamento.  

Implementações iniciais do SmartNIC

Cedo SmartNIC as implementações usaram lógica ASIC orientada por registro, que teve um bom desempenho em termos de desempenho, com latência muito baixa, alta taxa de transferência de pacotes e baixo consumo de energia (normalmente entre 15 watts e 35 watts). No entanto, apesar das vantagens de desempenho, muitas vezes careciam da programabilidade e flexibilidade necessárias. Eles geralmente exigiam ferramentas misteriosas de linha de comando para definir registros e não tinham a capacidade de gerenciar pacotes e fluxos de maneira programática.  

Vários modos de implantação de SmartNICs

SmartNICs desempenham um papel fundamental em vários cenários de implantação, incluindo armazenamento, segurança e processamento de rede. As tarefas específicas que os SmartNICs podem realizar incluem o tratamento de protocolos de tunelamento (como VxLAN) e comutação virtual complexa, conforme mostrado na figura. Seu objetivo final é consumir menos núcleos de processador de CPU host e, ao mesmo tempo, fornecer soluções de maior desempenho a um custo menor.

A diferença entre NICs padrão e SmartNICs

Função de rede

NICs padrão são projetados principalmente para lidar com tarefas básicas de rede, como transmissão de pacotes, segmentação e correção de checksum. Embora SmartNICs também executem essas tarefas, eles implementam funções de rede mais complexas na própria placa, como filtragem de pacotes, balanceamento de carga e aplicação de qualidade de serviço (QoS), aliviando assim essas tarefas da CPU do host. Isso reduz a latência, diminui a utilização da CPU e melhora o desempenho geral da rede.

Função de armazenamento

SmartNICs se destacam na aceleração de armazenamento, especialmente para aplicativos modernos com uso intensivo de dados. Eles podem descarregar funções de armazenamento como acesso remoto direto à memória (RDMA), iSCSI e NVMe sobre Fabrics, o que aumenta a velocidade de transferência de dados e reduz a sobrecarga da CPU. Em contraste, NICs padrão não têm os recursos de hardware e processamento necessários para essas tarefas com uso intensivo de armazenamento.

Descarregamento de tarefas para SmartNIC

Uma das vantagens mais notáveis ​​dos SmartNICs é sua capacidade de descarregar várias tarefas da CPU host para o cartão. Isso não inclui apenas funções de rede e armazenamento, mas também tarefas de segurança, como processamento de firewall e inspeção do sistema de detecção de intrusão (IDS). Ao mover essas tarefas para o SmartNIC, a CPU host pode liberar tempo para se concentrar no processamento específico do aplicativo, o que melhora o desempenho do aplicativo e reduz a proliferação do servidor.

Como escolher entre NICs padrão e SmartNICs

Ao escolher entre NICs padrão e SmartNICs, você precisa avaliar suas necessidades específicas de rede e casos de uso. Aqui estão alguns fatores a serem considerados:

Desempenho e velocidade

Se seus aplicativos exigem excelente desempenho de rede, menor latência e recursos avançados, como balanceamento de carga, aceleração de armazenamento, etc., então SmartNICs podem ser uma escolha melhor. Eles podem descarregar e acelerar várias tarefas, o que melhora o desempenho geral.  

Carga de trabalho e caso de uso

Considere a natureza da sua carga de trabalho e caso de uso. SmartNICs têm vantagem em cenários com uso intensivo de dados, ambientes virtualizados, aprendizado de máquina e serviços em nuvem, pois esses cenários exigem funções de rede e armazenamento de alto nível. Se o seu ambiente exigir mais funcionalidade e desempenho, os SmartNICs poderão ser uma escolha mais adequada.

Orçamento e custo

Você também precisa considerar suas restrições de orçamento ao escolher uma placa. SmartNICs geralmente são mais caras do que NICs padrão, pois oferecem mais funcionalidade e desempenho. Se o custo for um fator-chave, então NICs padrão podem ser uma escolha mais econômica.

Conclusão

No campo da conectividade de rede, frequentemente nos encontramos escolhendo entre placas de interface de rede padrão (NICs) e placas de interface de rede inteligentes (SmartNICs). Diferentes casos de uso e requisitos determinarão sua melhor escolha. Alguns adaptadores Ethernet baseados em Intel, como o E810CAM2-2CP, têm muitos recursos avançados, incluindo suporte para vários protocolos de rede, como Ethernet, TCP/IP, UDP/IP, etc., QoS no chip, gerenciamento de tráfego, iWARP/RDMA, RoCEv2/RDMA, offload inteligente e funções de armazenamento, como iSCSI e NFS. Esses adaptadores são rigorosamente testados e certificados para garantir total compatibilidade com vários sistemas operacionais e hipervisores, fornecendo uma solução equilibrada e confiável para usuários que buscam o melhor desempenho e funcionalidade de rede. Além dessas soluções de NIC em destaque, também há Mellanox SmartNICs disponíveis. Em colaboração com a Mellanox Technologies, esses SmartNICs desbloqueiam as infinitas possibilidades de aprimoramento, offload e segurança de rede. Não importa se você escolher uma NIC avançada ou uma SmartNIC, você pode garantir que sua rede funcione da melhor forma, segura e eficiente, de acordo com suas necessidades de rede. No campo em constante evolução da rede, escolher a placa certa é crucial, pois afetará diretamente o desempenho da sua rede, a segurança e a entrega de aplicativos. Portanto, entender os prós e contras das NICs e SmartNICs padrão e como escolhê-las com base em necessidades específicas ajudará você a garantir que sua rede possa atender às demandas em constante mudança.