SmartNIC ASICの性能

背景

スマート・ネットワーク・インターフェース・カード（SmartNIC）は、サーバーCPUからネットワーク・サービスをオフロードするために、大規模データセンターで使用されています。これは、大規模データセンターを運営する企業にとって、スケーラビリティとセキュリティを向上させるコストとエネルギー効率の高い戦略です。

従来のNICとは異なり、SmartNICはプログラマブルなパケット処理、ストレージ、ネットワーク機能を提供します。また、レイテンシ、速度、スループット、パケットロスなどの主要なネットワーク・パフォーマンス・パラメータを監視することができます。SmartNICのインターフェース速度は通常100Gbps以上です。

最近、クラウドデータセンターASIC製品開発に焦点を当てた中国のハイテク新興企業が、大規模データセンターやクラウドコンピューティングで使用されるSmartNIC用のネットワーク相互接続ASICを開発していた。

新しいASICの性能を検証するために、同社はネットワーク・エミュレーターを必要としていた。

挑戦

様々なネットワーク障害を検出して修正する機能は、SmartNIC ASICの重要な機能です。例えば、ビット・エラーは前方誤り訂正機能によって訂正され、ショート・リンク障害は検出・修復され、アウト・オブ・オーダーのパケットは再順序付けされ、遅延とジッターは測定されます。製品開発の一環として、中国のベンダーは、さまざまなネットワーク障害にさらされたときのASICの性能を検証する必要がありました。

障害を正確かつ正確に挿入できることが重要である。例えば、FEC機能の性能を正確に検証するためには、制御された方法で物理層にビットエラーをランダムに挿入する必要があります。ASICは非常に短いリンク障害を検出して修復できるため、このような短いリンク・フラップを非常に正確にエミュレートすることも重要です。

それまで中国のベンダーは、検証テストにソフトウェアベースのテスターを使用していた。しかし、これらのソリューションでは、インプリメンテーションの性能を完全に検証するための障害を挿入するのに必要な性能と精度を備えていなかった。

ソリューション

そこで同社は、Teledyne LeCroy Xena E100 Chimera ネットワーク・エミュレーターを北京R&Dセンターで試用し、同社が必要とする精度と正確さを実現できるかどうかを評価することにした。

E100qChimera は、レイテンシ、ジッタ、パケットおよびポートの障害、柔軟な分散、BWシェーピングなど、幅広いネットワーク障害をエミュレートできます。これらの障害は、5つのイーサネット速度で実行できます：100GE、50GE、40GE、25GE、10GEです。この柔軟性は、QSFP28およびQSFP+トランシーバーをサポートする2つの物理トランシーバー・ケージによって提供される。

その結果、ラボ内のネットワーク機器間のトラフィックに、一貫した正確で明確な再現可能な障害を提供する多用途のソリューションが実現しました。

E100qChimera は、最大100GEをサポートするイーサネットポートを持つネットワークインフラの障害テストに最適で、デバイスはGUIベースのXenaManagerソフトウェアを使って簡単に制御できます。

E100Chimeraの強力なPMA層エラー注入機能とランダム注入モデルを使用することで、現実的なビットエラーを導入し、実世界のネットワーク障害シナリオをシミュレートすることができた。

ASICが10ms以上のリンク停止を検出する能力を検証するため、E100Chimera 、それぞれ正確に9msと11msのリンクフラップを挿入した。このテストでは、ASICが11msのリンク停止から期待通りに回復したことが確認されました。

SmartNIC ASICのもう一つの重要な機能は、例えばロードバランシングから生じるパケット順序の乱れを修正することである。

E100Chimera では、図1に示すように、意図的にパケットの順序を間違えることが簡単にできます。このパケット・シーケンスをSmartNIC ASICを介して送信することで、ベンダーは新しいASICが順序の狂ったシーケンスを修正したことをすぐに確認することができます（図2）。

E100Chimera インポステント・テスターは、さまざまなディストリビューション・モデルの遅延とジッターを高精度でエミュレートすることもできた。線速でマイクロ秒から秒レベルの遅延障害が挿入された。このようにして、ASICSやスマート・ネットワーク・カードのさまざまな遅延の影響を正確にテストすることができました。

概要

SmartNICは、スケーラビリティとセキュリティを向上させるため、大規模データセンターにおいて従来のNICに取って代わりつつある。プログラマブルなパケット処理、ストレージ、ネットワーク機能を組み込むことで、SmartNICはサーバCPUからネットワークサービスをオフロードすることができます。さらに、SmartNICは主要なネットワーク障害を監視し、回復するように設計されています。

スマートNIC用ASICを開発している中国のベンダーは、製品設計を検証するために、正確で精密なハードウェアベースのテストソリューションを必要としていた。以前はソフトウェアベースのテスターを使用していましたが、精度が十分ではありませんでした。

E100Chimera は非常に費用対効果の高いネットワーク・エミュレーション・ソリューションであり、同社製品の性能を完全に検証することを容易にし、その結果、顧客により良い製品を提供することができました。