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        2024/1/9 17:00

        中興通訊分布式存儲+ DPU,加速數據中心轉型

        C114通信網  

        作者:郭偉 中興通訊研發規劃無線總工

        “后摩爾時代”的存儲新挑戰

        隨著工業互聯網、人工智能、大數據、5G等產業快速發展,存儲需求呈爆炸式增長。數據中心I/O帶寬不斷增長,同時多樣的應用對數據中心存儲性能提出越來越嚴苛的要求。數據中心存儲網絡的延時也在不斷下降,從原來的毫秒級到如今的微秒級,未來甚至逼近納秒級,這對CPU處理存儲網絡數據的時效性提出更高要求。

        中興通訊認為,為了適應未來數據中心的存儲需求,需要從四個維度來考量:高性能、穩定性、可編程性和安全性。

        高性能方面,由于主機側所面臨的網絡處理壓力不斷增長,延遲方面則是由毫秒級逐漸走向微秒級別,單個報文留給存儲軟件來處理的時間越來越短;

        穩定性方面,即包含對網絡故障處理、轉發穩定性及本身軟硬件的穩定;

        可編程性方面,各種硬件加速之后,要周全考慮如何讓硬件能夠很好地去支撐存儲業務所需要的不斷迭代;

        安全性方面,全面實現數據加密,客戶訪問IO流量防護等。

        從2016年開始,摩爾定律終結的各種聲音此起彼落,摩爾定律趨近極限。然而隨著人工智能業務的普及,越來越多的云上AI計算又對網絡和存儲I/O的時延性能提出了更極致的需求,RDMA(Remote Direct Memory Access)和NVMe(NVM Express)等高性能網絡和存儲協議在傳統架構下,60%以上的CPU 資源會被網絡處理占用,使得存儲應用層可分配的CPU 資源捉襟見肘。

        為解決后摩爾時代I/O性能瓶頸,保證存儲協議處理高效,使用DPU(Data Processing Unit,數據處理器)來釋放CPU資源的存儲硬件加速卸載方案應運而生。

        分布式存儲加速走向可編程的硬件加速

        DPU是一種新型可編程處理器,集多個關鍵要素于一身:

        算力卸載能力。將存儲協議和安全協議的封裝與解封裝等耗費大量CPU算力任務卸載到DPU上,節約更多CPU算力支撐更多的應用業務。

        數據加速能力?蓪⒋鎯θブ,壓縮協議處理提前到DPU上處理,加速數據協議處理速度,減少數據流量。

        NVMe-of能力。在分散的計算架構中,連接不同資源池的方式將從原來的系統總線承載,轉變成總線-網絡-總線的方式。

        網絡側無損網絡傳輸。網絡側為存儲系統提供高效擁塞控制機制和增強的負載均衡能力,降低長尾時延,提供更可靠更高效的存儲傳輸網絡。

        安全能力?蓪祿用芙唤oDPU來處理,簡化軟件實現;精細化的流量測量支撐精細化的故障檢測能力,讓流量數據更透明安全。

        這些DPU功能對于實現安全的、高速、可靠的存儲加速方案至關重要,它的應用場景變得越來越寬。

        圖1 分布式存儲關鍵路徑算力需求

        對存儲系統數據處理全路徑中對應的算力需求進行完整分析,可發現DPU上存儲加速主要應用包含以下幾個方面。

        DPU 加速帶來性能提升

        DPU 的 NVMe-of 功能,使得 DPU 在 PCIE 總線上以完整 NVMe 接口設備的形態,工作在主機系統中。操作系統只需要用自身的傳統本地 NVMe 驅動,就可以直接訪問 NVMe 全閃存儲池,所有軟件定義功能完全在 DPU 上實現。

        DPU 助力 “算存分離”

        DPU 架構和技術,使計算側運行的業務應用和操作系統內核,可以用簡單的本地存儲訪問 API,就能實現對遠端存儲系統的高效透明訪問。所有的安全加密、數據去重壓縮、負載均衡等復雜又必須的功能則可完全由 DPU 透明地加速、卸載。

        DPU 釋放 CPU 的資源,加速提升效率

        存儲技術在不斷地創新、完善、加速演進,以更好地滿足業務的存儲需求,但同時也使得存儲協議和文件系統越來越繁重。隨著集群規模的增大,服務器上存儲 IO 負載變得復雜,持續消耗、占用主機 CPU 資源。通過 DPU 加速的存儲技術,可以使服務器上的 CPU滿負荷投入到容器、虛擬機中運行的計算業務中。

        中興通訊分布式存儲+ DPU硬件加速方案

        作為全球領先的綜合通信與信息技術解決方案提供商,中興通訊一直深耕服務器及存儲領域,致力于分布式存儲產品的自主研發,協同自研DPU軟硬一體產品,通過關鍵技術優化,構建以DPU為中心的分布式存儲硬件加速方案,聚焦于RDMA技術應用、NVMe-oF高性能存儲網絡協議卸載、存儲協議卸載、安全功能卸載等方面。

        中興通訊分布式存儲+ DPU硬件加速方案具有以下特點:

        RDMA offload:DPU通過RDMA網絡直接訪問遠端存儲,低時延,低抖動,低CPU使用率;

        iSCSI/RBD/virtio fs客戶端卸載(應用側):處理客戶端控制面指令和數據,減少Host端CPU的負載;屏蔽業務虛機直接訪問存儲集群,提升數據訪問安全;

        協議加速器:去重、壓縮, 節省CPU資源和軟件開發工作,提升存儲附加功能;

        NVMe offload:對主機提供NVMe 硬盤接口, 簡化并卸載主機的存儲協議棧,降低資源消耗;

        安全加密:密鑰證書管理;靜態數據安全;

        圖2 分布式存儲硬件加速方案

        中興通訊通過DPU硬件加速技術,致力于滿足未來客戶對于邊緣計算場景、AI訓練高性能存儲讀寫場景、零信任安全等場景多樣化,高性能的存儲要求。未來,中興通訊將攜手合作伙伴,共同推動DPU存儲加速技術發展和產業繁榮。

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        寫得不太好

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