Mellanox BlueField™ SmartNIC

可编程网络适配器卡将 ARM  处理能力与网络卸载相结合，对众多的安全、网络和存储应用程序进行加速，提供较好的性能、灵活性和效率。BlueField SmartNIC 是两端口 25Gb/s 网络适配器，搭载 BlueField 片上系统 (SoC)，集成了 ConnectX -5 网络控制器与 ARM 多核处理器阵列，从而提供较高可编程网络引擎。具有无可匹敌的可扩展性和效率，BlueField SmartNIC 是对数据中 心、云、服务提供商和存储环境中要求  苛刻的工作负载进行加速的理想适配器。

– 可编程网络适配器

• 同类  佳的硬件网络卸载与 ARM 处理能力相结合

• 对大量的安全、网络和存储和其他工作负载进行加速

• 通过卸除主 CPU 的负载，使其侧重于计算和应用程序，而不是安全或网络功能，从而降低总体成本

• 2 个 25GbE 端口，8 个 PCIe 3.0 和 4.0 通道

• 标准嵌入式 Linux 软件栈

– 加速一系列工作负载

– 开放式虚拟交换机 (OVS

网络适配器

BlueField SmartNIC 是 8 通道 PCIe Gen3.0/4.0、半高半长 (HHHL) 卡，由两个 25Gb/s 以太网 SFP28 端口和一个配有 DDR4 DRAM 内存子系统的 BlueField SoC 组成。这款网络适配器提供完全或部分实现和卸载数据层面和控制层面的灵活性，从而加速一系列应用程序。

BlueField 适配器优先使用计算资源，现在致力于运行应用程序，而不是侧重于网络或安全 处理，因此支持对每主机带宽不断增长的需求。这款由软件定义的适配器可通过简单的软件更新来适应未来的协议和功能，相对灵活。

BLUEFIELD 片上系统

BlueField 是 Mellanox 的一个 SoC 解决方案系列，该系列将一致的 64 位 ARMv8 A72 内核的网格、ConnectX 网络适配器前端和 PCI Express 交换机集成到一块芯片上。

 SoC 体系架构包括一个 ARMv8 多核处理器阵列，使客户能够开发复杂的应用程序和高 度差异化的功能集。BlueField 利用丰富的 ARM 软件生态系统，并能够卸载 x86 软件栈。

处于 BlueField 位置的是采用 RDMA 和基于融合以太网的 RDMA (RoCE)的 ConnectX-5 网络卸载控制器，具有网络和存储应用程序的性能，比如 NVMe over Fabrics。功能包括嵌入式虚拟交换机，具有 NVGRE、VXLAN 和 MPLS 叠加 (Overlay) 协议的可编程访问列表 (ACL)、传输卸载和无状态封装/解封。

针对安全应用

BlueField SmartNIC 通过将硬件加密加 速 器与嵌入式软件和完全集成的网络功能相结合，解决了现代数据的问题，使之成为开发专有安全应用程序的理想平台。

通过隔离和保护工作负载，并且在服务器和工作负载提供灵活的控制和可见性，在服务器接入层控制风险，从而实现分布式安全体系架构。BlueField 将安全融入数据中 心的 DNA，并做到实时检测和应对潜在威胁。

BlueField SmartNIC 能够提供的功能，包括动态加密数据、裸机调配、有状态 L4 防火墙等。

针对网络应用

BlueField SmartNIC 提供卸载，  大限度地使用虚拟化可扩展性和效率。数据中 心管理员可得益于服务器利用率，允许在相同的硬件上承载虚拟机和多租户，同时降低总体

成本、功耗和线缆复杂性。

除了加速以外：

• Mellanox 用于开放式虚拟交换机的加速交换和数据包处理 (ASAP2-™ for OVS) 提供灵活的效率虚拟交换和路由功能。使用 BlueField 处理能力和内存，可以使 OVS 加速得到进一步加强。例如，通过利用 BlueField 内 部存储，可以扩大 OVS 操作的规模，可以支持 OVS 操作和虚拟交换机/虚拟路由器实现。

• BlueField PCIe SR-IOV 技 术为服务器内的虚拟机提供适配器资源以及隔离和保护。

• 基于管线的可编程、嵌入式交换机 (eSwitch) 以及 Hairpin 硬件功能，虚拟装置完成数据处理，同时具有  小的服务器 CPU 介入。

• 网络叠加 (Overlay) 技 术（VXLAN、NVGRE、Geneve）

卸载（包括封装和解封）允许传统的卸载在隧道协议上操作，另外还卸载网络地址转换 (NAT) 路由能力。

针对存储应用

BlueField SmartNIC 可起到协处理器的作用，从主机中卸载特定的存储任务，隔离主机中的部分存储介质，或使用 BlueField ARM 内核实现软件定义存储逻辑的抽象化。

在存储发起端，BlueField SmartNIC 可证明是融合系统的解决方案，使主机 CPU 能够专注于计算，有的存储接口都通过 ARM 内核进行处理。从计算任务中分离存储任务还简化了软件模型，实现多个操作系统虚拟机的部署，让存储应用程序单独由 ARM Linux 子系统进行处理。

软件支持

BlueField SmartNIC 搭载有 Mellanox BlueOS™ 并预安装了 PXE 驱动程序。BlueOS 是包括 Mellanox OFED 栈的 Linux 参考发行版，能够无缝运行基于客户的 Linux 应用程序。注意，BlueOS 本身是基于 Yocto Project Poky 发行版。

BlueField 适配器运行环境与 x86 服务器和网络环境完全隔离，能够运行开放式虚拟交换机数据库 (OVSDB) 或其他虚拟交换机，为裸机调配打造一个安全解决方案。

该软件包还包括对 DPDK、加密应用程序和基于 L4 的有状态防火墙的支持。

功能特性

网络接口

– 两个 SFP28 以太网端口，25Gb/s

– 集成的 PHY 无缝连接标准铜缆和光纤介质

PCIe 接口

– 八通道 PCIe Gen 3.0/4.0

– 回落到 4、2 或 1 通道

 ARM 处理器内核

– ARMv8 A72 内核（64 位）

– 标量、可变长度、无序管线

– 每个内核均支持 NEON™ 128b SIMD 执行

单元

– ARM VFPv4 单精度和双精度浮点加速

(IEEE 754)

– 每个内核 48KB 指令缓存和 32KB 数据缓存

– CPU、I/O 和内存的缓存一致网格互连 –

每个磁贴包含 2 个内核和 1 MB 二层缓存

– 6 MB 三层缓存，复杂的逐出策略

板载内存

– 一个通道 DDR4 DRAM，带 ECC

加密加速

– ARMv8 加密扩展：A64、A32 和 T32 指令，适用于：

• AES、SHA-1、SHA-224 和 SHA-256

• 在 Galois/Counter Mode 和椭圆曲线等算法中使用的有限域运算

– 硬件公钥加 速 器

• RSA、Diffie-Hellman、DSA、ECC、EC-DSA 和 EC-DH

– 使用熵源的真随机数生成器

增强的功能

– PeerDirect RDMA（亦称 GPUDirect）通信

加速

– 增强的原子操作

– 免注册 RDMA 内存访问

传输卸载

– 基于融合以太网的 RDMA (RoCE)

– TCP/UDP/IP 无状态卸载

– LSO、LRO 校验和卸载

– RSS（也在封装的数据包上）、TSS、HDS、VLAN /剥离、接收流转向

– 中断合并

– TCP/UDP、MPLS、VxLAN、NVGRE、GENEVE

– SRP、iSER、NFS RDMA、SMB Direct

基于硬件的 I/O 虚拟化

– SR-IOV

– 每个端口多个功能

– 每个虚拟机多个队列

管理和控制

– 用于管理 eSwitch 的 SDN 管理接口

– eMMC 内存控制器

软件开发工具链

– 原生和交叉编译 GNU 工具链

– 性能分析和剖析工具

– 与 ARM DS-5 和其他商业开发和剖析工具兼容

软件支持

ARM 环境

– BlueOS：基于 Yocto 的商用级 ARM Linux 发行版

– 支持商业 Linux 发行版

– 随附 OpenFabrics 企业发行版 (OFED)

–  Mellanox 驱动程序和软件栈的 ARM 优化版本

– 加速的 NVMe over Fabrics 目标栈

– 优化的 ARM DPDK 和 ConnectX PMD

连接的主机（网络适配器环境）

– Linux

– Windows

– FreeBSD

– VMware

– OpenFabrics 企业发行版 (OFED)

– OpenFabrics Windows 发行版 (WinOF-2)