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    中興通訊分布式存儲+ DPU,加速數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)型

    2024年01月10日 09:43:41   來源:C114通信網(wǎng)

      作者:郭偉 中興通訊研發(fā)規(guī)劃無線總工

      “后摩爾時代”的存儲新挑戰(zhàn)

      隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、5G等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,存儲需求呈爆炸式增長。數(shù)據(jù)中心I/O帶寬不斷增長,同時多樣的應用對數(shù)據(jù)中心存儲性能提出越來越嚴苛的要求。數(shù)據(jù)中心存儲網(wǎng)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(wǎng)絡數(shù)據(jù)的時效性提出更高要求。

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

      高性能方面,由于主機側(cè)所面臨的網(wǎng)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(wěn)定性方面,即包含對網(wǎng)絡故障處理、轉(zhuǎn)發(fā)穩(wěn)定性及本身軟硬件的穩(wěn)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(yè)務所需要的不斷迭代;

      安全性方面,全面實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(yè)務的普及,越來越多的云上AI計算又對網(wǎng)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(wǎng)絡和存儲協(xié)議在傳統(tǒng)架構下,60%以上的CPU 資源會被網(wǎng)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(xié)議處理高效,使用DPU(Data Processing Unit,數(shù)據(jù)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(xié)議和安全協(xié)議的封裝與解封裝等耗費大量CPU算力任務卸載到DPU上,節(jié)約更多CPU算力支撐更多的應用業(yè)務。

      數(shù)據(jù)加速能力?蓪⒋鎯θブ,壓縮協(xié)議處理提前到DPU上處理,加速數(shù)據(jù)協(xié)議處理速度,減少數(shù)據(jù)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(tǒng)總線承載,轉(zhuǎn)變成總線-網(wǎng)絡-總線的方式。

      網(wǎng)絡側(cè)無損網(wǎng)絡傳輸。網(wǎng)絡側(cè)為存儲系統(tǒng)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(wǎng)絡。

      安全能力?蓪(shù)據(jù)加密交給DPU來處理,簡化軟件實現(xiàn);精細化的流量測量支撐精細化的故障檢測能力,讓流量數(shù)據(jù)更透明安全。

      這些DPU功能對于實現(xiàn)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。

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      圖1 分布式存儲關鍵路徑算力需求

      對存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理全路徑中對應的算力需求進行完整分析,可發(fā)現(xiàn)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(tài),工作在主機系統(tǒng)中。操作系統(tǒng)只需要用自身的傳統(tǒng)本地 NVMe 驅(qū)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(xiàn)。

      DPU 助力 “算存分離”

      DPU 架構和技術,使計算側(cè)運行的業(yè)務應用和操作系統(tǒng)內(nèi)核,可以用簡單的本地存儲訪問 API,就能實現(xiàn)對遠端存儲系統(tǒng)的高效透明訪問。所有的安全加密、數(shù)據(jù)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(chuàng)新、完善、加速演進,以更好地滿足業(yè)務的存儲需求,但同時也使得存儲協(xié)議和文件系統(tǒng)越來越繁重。隨著集群規(guī)模的增大,服務器上存儲 IO 負載變得復雜,持續(xù)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(yè)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(chǎn)品的自主研發(fā),協(xié)同自研DPU軟硬一體產(chǎn)品,通過關鍵技術優(yōu)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(wǎng)絡協(xié)議卸載、存儲協(xié)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(wǎng)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(cè)):處理客戶端控制面指令和數(shù)據(jù),減少Host端CPU的負載;屏蔽業(yè)務虛機直接訪問存儲集群,提升數(shù)據(jù)訪問安全;

      協(xié)議加速器:去重、壓縮, 節(jié)省CPU資源和軟件開發(fā)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(xié)議棧,降低資源消耗;

      安全加密:密鑰證書管理;靜態(tài)數(shù)據(jù)安全;

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      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(fā)展和產(chǎn)業(yè)繁榮。

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