為5G網(wǎng)絡減負，英特爾祭出FPGA可編程加速卡N3000

　　FPGA可編程加速卡(PAC)的一個重要應用場合是減輕CPU的負擔，把一些原來要在CPU上運行的工作量轉(zhuǎn)移到FPGA的加速卡上，可以用于從邊緣/智能設備到云的產(chǎn)品中。

　　如今5G箭在弦上，“接入和邊緣網(wǎng)絡”與“核心網(wǎng)絡”之間面臨海量數(shù)據(jù)任務，同時服務提供商又希望從4G過渡到5G時不增加更多的成本，此時，FPGA可編程加速卡再次顯神威。

　　在不久前的“2019年世界移動通信大會 (MWC)”期間，英特爾推出了英特爾? FPGA可編程加速卡N3000(即：英特爾? FPGA PAC N3000)。其采用了Arria 10 GT系列FPGA，專為服務提供商而設計。它可為 5G 下一代核心和虛擬化無線接入網(wǎng)絡方案提供支持，加速多種虛擬化工作負載，包括 5G 無線接入網(wǎng)絡和 5G 核心網(wǎng)絡應用。

　　同時，在MWC期間，合作伙伴Affirmed Networks還展示了采用該加速卡開發(fā)的一款面向 5G 核心網(wǎng)絡 (CN)/演進分組核心的新型解決方案——率先實現(xiàn)真正的 200 Gbps/服務器。

　　據(jù)悉，這是英特爾第一款針對網(wǎng)絡用途的FPGA可編程加速卡。它如何能在成本可控的情況下滿足5G網(wǎng)絡的需求?為此，電子產(chǎn)品世界的記者通過視頻會議采訪了英特爾可編程解決方案事業(yè)部產(chǎn)品市場總監(jiān)Sabrina Gomez女士。

　　5G提供商面臨的危機

　　5G的特點首先應對的是海量數(shù)據(jù)，有更多的機器對機器的需求，所以要有更高的帶寬，延遲性更短。其次，因為5G的技術(shù)還在演變過程中，所以需要設備有足夠的靈活性。

　　與此同時，5G服務提供商對產(chǎn)品也提出了新的要求，主要是兩個方面。第一是從數(shù)據(jù)角度來看，數(shù)據(jù)量大大增加，包括云端和邊緣計算方面的數(shù)據(jù)量。第二是服務供應商的收入基本上是持平的(如下圖);因此若想增加收入，需要提供新的服務。

　　為此，5G服務提供商需要把整個架構(gòu)進行升級。一方面能夠提供更多的服務，以便從更多的角度來服務客戶;與此同時，又要保持運營和資本開支方面的效益。

　　圖 5G提供商面臨的挑戰(zhàn)

　　FPGA可編程加速卡N3000的特點

　　英特爾此次發(fā)布的產(chǎn)品主要是針對網(wǎng)絡應用的可編程的加速卡。它能為用戶提供定制化的服務。主要是它可以把一些原來要在CPU上運行的工作量轉(zhuǎn)移到FPGA的加速卡上。這既針對核心網(wǎng)絡，也針對無線接入網(wǎng)。

　　首先是這款產(chǎn)品是專門為5G定制的。它能夠支持高吞吐量、低延遲和高帶寬的應用。與此同時，因為5G的網(wǎng)絡技術(shù)還在不斷地發(fā)展過程中，所以它提供的是一個可定制的平臺。

　　因為該平臺是支持端到端的行業(yè)標準和一個開源的工具，所以可使用戶很快地將產(chǎn)品推向市場。一方面可以滿足5G的要求;另一方面也可以滿足網(wǎng)絡功能虛擬化的要求。

　　豐富了英特爾端到端的網(wǎng)絡方案

　　英特爾端到端的網(wǎng)絡解決方案產(chǎn)品組合中的所有產(chǎn)品如下圖。首先英特爾一直可以提供用于計算的至強可擴展處理器。與此同時，針對網(wǎng)絡產(chǎn)品，也有一個以太網(wǎng)的控制器710系列。在軟件方面針對的是一些開源軟件。同時有一個數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件和開放式的可編程加速引擎(DPDK & OPAE)。二者提供的都是數(shù)據(jù)包的處理能力。與此同時，英特爾還有一個開放堆棧的編排支持。

　　現(xiàn)在，英特爾又提供了一個新的可以定制的FPGA可編程加速器(PAC)的解決方案。它一方面結(jié)合了英特爾的技術(shù)，另一方面也結(jié)合了對行業(yè)這些軟件的使用。所以現(xiàn)在它可以提供更高的性能，改善效率，還可以降低總擁有成本。該解決方案是一個商業(yè)化的解決方案，買來就可以使用;另外也得到了英特爾整個生態(tài)系統(tǒng)的支持。

　　眾所周知，在此前的12到16個月，英特爾宣布了很多FPGA的平臺和解決方案，既有針對邊緣網(wǎng)絡的，同時也有針對數(shù)據(jù)中心的(如下圖)。此次宣布的這款產(chǎn)品處在“接入和邊緣網(wǎng)絡”與“核心網(wǎng)絡”之間。所以至此，英特爾已把整個產(chǎn)品系列完成，這樣，既可結(jié)合英特爾的硬件的能力，同時又結(jié)合了軟件的能力和CPU的能力，可以使更多的工作負荷通過從CPU上卸下來放到FPGA上面，從而使整個網(wǎng)絡可以處理更多的工作量。

　　具體地，可以放到該FPGA上面運行的工作負載的類型，一類是vRAN的應用，另一類是核心和網(wǎng)絡功能虛擬化(NFV)的應用。

　　在vRAN應用下面，針對4G有Turbo的加速;針對5G有LDPC的加速;與此同時，還有針對前傳的領域。因此它是可以針對所有工作負載加速的。

　　在核心和網(wǎng)絡功能虛擬化的應用方面，有NFVI和VNF，以及針對安全性的工作負載，這些都可以放到FPGA上進行加速處理。它可以和英特爾的至強處理器很好地配合。一方面可以做關于工作負荷的平衡，同時可以提升服務。在安全方面，它還可以做加密的服務，包括IPSec或者是vFirewall。

　　該加速卡有9 GB的DDR4，所以它可以實現(xiàn)低延遲的功能。與此同時，它對于高帶寬的加速也是非常好的。還有就是它有多個以太網(wǎng)融合的網(wǎng)絡適配器。另外，這個加速卡上還有以太網(wǎng)融合適配器的芯片，所以能智能化地分流。另外，這個產(chǎn)品很重要的一點就是它采用了Arria 10 GT系列FPGA，因此在FPGA上有100多萬個邏輯單元，這比其他相應的類似產(chǎn)品要多得多。

　　英特爾和Affirmed在MWC上聯(lián)合推出的產(chǎn)品

　　針對一級的網(wǎng)絡供應商提供虛擬化的解決方案，英特爾和Affirmed Networks合作就是一個非常好的例子，如何用這個平臺來實現(xiàn)4G到5G的平滑過渡。

　　英特爾和Affirmed合作的是首款5G網(wǎng)絡移動的處理器，它可以把工作負荷從CPU上分流到FPGA。Affirmed Networks所提供的FPGA解決方案是首次在業(yè)內(nèi)使用虛擬化5G的NGCN的解決方案，可以使其CPU的利用率達50%。這相對于僅使用軟件來說有很大提升。這樣就使最終的5G提供商可以充分地利用它多出來的這些CPU資源提供更多的服務，從而使其服務更具有競爭力，同時可以增加收入。

　　通過使用該加速卡，可以實現(xiàn)更好的工作負荷的平衡，與此同時可以優(yōu)化其CPU的緩存，這樣還能夠節(jié)省耗電量。

　　小結(jié)

　　英特爾宣布針對網(wǎng)絡推出了FPGA PAC N3000產(chǎn)品，它是5G的解決方案，同時也是網(wǎng)絡功能虛擬化的解決方案。

　　這個平臺可以提供定制的方案，可支持高吞吐量、低延遲。

　　通過英特爾端到端的標準化軟件工具，可以使客戶打造專屬的解決方案，來滿足5G和網(wǎng)絡功能虛擬化的需求。