智能网卡是可以卸载（Offload）通常由主机CPU处理的一些工作负载，并通过硬件的方式进行加速（Acceleration）的一种网络接口卡。智能网卡利用其板上的处理芯片，能够完成加密/解密，防火墙，TCP/IP，HTTP等任何处理任务的组合。

智能网卡硬件中普遍卸载了部分传输层和路由层的处理逻辑（如校验和计算、传输层分片重组等），来减轻CPU的处理负担。甚至有些网卡如RDMA网卡还将整个传输层的处理都卸载到网卡硬件上，以完全解放CPU资源。

传统网卡的瓶颈

• 虚拟交换技术的引入，使得基于服务器的网络数据平面的复杂性急剧增加；
• 网络接口带宽的增加，执行这些功能会给 CPU 资源造成难以承受的负载；
• 传统网卡固定功能的流量处理功能无法适应 SDN 和 NFV；

智能网卡的优势

• 将 vSwitch 完全Offload到智能网卡，释放昂贵的主机CPU资源，将计算力还给应用程序；
• 可以实现基于服务器的复杂网络数据平面功能：多匹配操作处理、计量整形、流统计等；
• 支持网络的可编程性；
• 与现有的开源生态系统无缝协作，以最大程度地提高软件功能的速度和影响力；

智能网卡应用场景

• 智能网卡可应用于数据传输，虚拟交换、数据安全和数据存储等场景。
• 数通领域为智能网卡最大的应用市场，其可为数通领域的云计算厂商提供成熟的硬件加速方案，随着5G和NFV技术的发展，电信市场边缘端对智能网卡需求逐步提升。
• 电信领域内，智能网卡的引入可解决边缘机房升级改造成本过大且无法为MEC提供足够算力的问题，并为MEC在第三方应用、OVS加速等方面提供硬件加速支持。

智能网卡的三种实现方式

根据不同的供应商的架构不同，智能网卡的实现方式可以分为：

• 基于专用集成电路（ASIC Based）：具有价格优势，但灵活性有限，尽管相对容易配置，但最终功能将受到ASIC中定义的功能的限制，可能会导致某些工作负载无法得到支持
• 基于现场可编程门阵列（FPGA Based）：高度可编程，可以相对有效地支持几乎任何功能，但是编程难度大且价格高昂
• 基于片上系统（SOC Based）：价格与性能兼具、易于编程且高度灵活高

1、ASIC实现方式

NVIDIA Mellanox ConnectX-5 智能网卡提供高级硬件卸载，以减少 CPU 资源消耗和提高数据中心基础设施的效率，为 Web 2.0、云、数据分析和存储平台提供了最高性能和最灵活的解决方案。

Mellanox ConnectX-5 以ASIC的方式集成实现了智能网卡的多个重要功能：

• 支持 RDMA 的智能单端口和双端口网络适配器提供多达两个端口的 100Gb 以太网连接
• 一个 PCIe 交换机和 NVMe over Fabric (NVMe-oF) 卸载
• 共享缓冲区架构和 RoCE 增强提供支持的 Mellanox Multi-Host® 技术
• 先进的 Open vSwitch 卸载，以降低 CPU 资源消耗来驱动极高的数据包速率和吞吐量

2、FPGA实现方式——Xilinx Alveo U50

• Alveo U50 卡采用赛灵思 XCU50 FPGA，基于UltraScale+架构，通过结合多个超逻辑区域 (SLR) 来增大密度。XCU50 包括 2 个 SLR，底部 SLR (SLR0) 各集成 1 个 HBM 控制器，与相邻的 8 GB HBM2 存储器接口连接。
• 卫星控制器为TI MSP432，用于控制和监测电压、电流和温度。主机服务器开发板管理控制器 (BMC) 可与卫星控制器交互，并通过频带外通信来监测和控制 U50 卡

FPGA实现方式——Intel PAC D5005

• Intel Stratix® 10 FPGA 具有行业领先的可编程逻辑，集成了丰富的嵌入式外设、嵌入式高速收发器、硬核内存器控制器和 IP 协议控制器。
• BMC 与板载传感器、FPGA 和闪存对接，并控制开机/关机序列、FPGA 配置和遥测数据轮询。BMC 使用PLDM协议进行通信。

3、SOC实现方式——NVDIA BuleField-2

BlueField-2数据处理单元 (DPU)将行业领先的 Mellanox® ConnectX-6® Dx 网络适配器与一系列 Arm® 内核相结合，提供具有完整软件可编程性的专用硬件加速引擎。

BlueField-2 位于每台服务器的边缘，经过优化，可以快速处理关键基础设施任务，提高数据中心效率。 BlueField-2 为从边缘到核心数据中心和云的云网络、存储、网络安全、数据分析、HPC 和人工智能 (AI) 提供敏捷和高性能的解决方案，同时降低总拥有成本。

BlueField-2提供了广泛的加速软件定义网络、存储、安全和管理服务，能够卸载、加速和隔离数据中心基础设施。

关键软件定义、硬件加速的应用程序：

• 网络

vSwitch/vRouter、NAT、负载均衡器、NFV

• 贮存

NVM over Fabrics (NVMe-oF)、弹性存储虚拟化、超融合基础设施 (HCI)、加密、数据完整性、压缩、重复数据删除

• 安全

下一代防火墙、IDS/IPS、信任根、微分段、DDOS 防护