云計(jì)算、AI、5G等技術(shù)的發(fā)展正在改變整個(gè)世界的面貌，作為承載這些新興技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心也在面臨來(lái)自各個(gè)維度的壓力，微觀角度來(lái)看，近幾年摩爾定律的失速正使得CPU性能增長(zhǎng)的邊際成本急劇上升。有數(shù)據(jù)表明，CPU性能的年化增長(zhǎng)率已不足每年5%，但人們對(duì)于計(jì)算性能的需求依然居高不下，這使得云和通信服務(wù)商必須不斷耗費(fèi)高昂的成本來(lái)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)，以滿足算力需求。而從宏觀角度來(lái)看，隨著AI的惠普，超級(jí)計(jì)算中心也正在為越來(lái)越多的用戶開放，如何為數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的客戶提供高效的超級(jí)計(jì)算服務(wù)也成為了云服務(wù)提供商需要考慮的問題。

在此背景下，為CPU減負(fù)成為了降本增效，提高效率的有效手段。要知道，現(xiàn)在除了主內(nèi)存和輔助內(nèi)存之外的所有計(jì)算都是在CPU上完成的，面對(duì)超大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的需求，CPU的算力已經(jīng)達(dá)到瓶頸，盡可能地從CPU內(nèi)核中卸載虛擬化、容器化、安全化工作負(fù)載的繁瑣開銷，一方面是對(duì)CPU性能價(jià)值的充分釋放，另一方面也是對(duì)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)等工作負(fù)載的更好平衡。

芯片巨頭們都看到了這樣的需求和趨勢(shì)，近幾年來(lái)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域占據(jù)較大優(yōu)勢(shì)的NVIDIA先是在前年發(fā)布了首代DPU BlueField-2，然后又在去年的GTC21宣布了NVIDIA的芯片戰(zhàn)略正式升級(jí)為CPU+GPU+DPU，足見NVIDIA對(duì)DPU市場(chǎng)的重視。

但DPU的作用，絕不僅僅是替CPU減負(fù)這么簡(jiǎn)單。當(dāng)下的數(shù)據(jù)中心雖然足夠靈活，但其基礎(chǔ)架構(gòu)就會(huì)對(duì)CPU造成極大的開銷，過去以CPU為中心的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)無(wú)法滿足靈活性與高性能的雙重需求，換言之，過去在計(jì)算規(guī)模和數(shù)據(jù)量較小的情況下，僅憑馮諾依曼架構(gòu)就能解決提高性能的問題，而在當(dāng)下數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，云計(jì)算、AI火熱發(fā)展的情況下，傳統(tǒng)的計(jì)算模型十分容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，反而加重?cái)?shù)據(jù)中心的負(fù)擔(dān)。

因此，DPU一方面能針對(duì)安全、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、AI、HPC等業(yè)務(wù)進(jìn)行加速，為以后迫在眉睫的E級(jí)計(jì)算鋪平了道路，另一方面則為數(shù)據(jù)中心的計(jì)算架構(gòu)提供了全新的思路，以實(shí)現(xiàn)過去無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。

今年的GTC大會(huì)上，NVIDIA則帶來(lái)了新一代InfiniBand網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)Quantum-2和全新升級(jí)的DOCA 1.2。前者是迄今為止最先進(jìn)的端到端高性能網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，憑借其云原生技術(shù)，可提供每秒400Gb/s的高吞吐量和先進(jìn)的多租戶支持功能，可滿足眾多企業(yè)的要求；后者則支持了云原生架構(gòu)，開發(fā)者可借助DOCA將加速安全作為一項(xiàng)服務(wù)進(jìn)行部署。

NVIDIA Quantum-2平臺(tái)即新一代400Gbps InfiniBand網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，包括NVIDIA Quantum-2交換機(jī)、ConnectX-7網(wǎng)卡、BlueField-3數(shù)據(jù)處理器（DPU）和支持新架構(gòu)的軟件，可為云計(jì)算提供商和超級(jí)計(jì)算中心提供極致的性能、廣泛的接入能力和強(qiáng)大的安全性，助力AI、數(shù)據(jù)分析和高性能計(jì)算應(yīng)用，并提供安全性和QoS 保證。

整體來(lái)看，憑借每端口高達(dá)400Gbps的吞吐量，NVIDIA Quantum-2 InfiniBand可在增加三倍網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)量的基礎(chǔ)上將網(wǎng)速提高一倍，并把數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)所需的交換機(jī)減少了6倍，降低了數(shù)據(jù)中心7%的能耗與空間；此外，NVIDIA Quantum-2平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)多租戶之間的性能隔離，因此一個(gè)租戶的行為并不會(huì)影響到其他租戶，同時(shí)通過利用主動(dòng)遙測(cè)和支持云原生的擁塞控制機(jī)制，可確保可靠的數(shù)據(jù)吞吐量，且不受用戶或應(yīng)用需求高峰的影響。

不僅如此，NVIDIA Quantum-2內(nèi)置的SHARPv3網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)可為AI應(yīng)用提供超出上一代產(chǎn)品32倍的加速引擎能力，借助NVIDIA UFM Cyber-AI平臺(tái)，NVIDIA Quantum-2可為數(shù)據(jù)中心提供包括預(yù)測(cè)性維護(hù)在內(nèi)的InfiniBand網(wǎng)絡(luò)管理功能；同時(shí)NVIDIA Quantum-2也集成了納秒級(jí)精度的時(shí)鐘系統(tǒng)以同步分布式應(yīng)用，有助于減少數(shù)據(jù)庫(kù)處理等操作的等待時(shí)間，在納秒時(shí)鐘同步的加持下，云數(shù)據(jù)中心可成為電信網(wǎng)絡(luò)的一部分，用來(lái)托管軟件定義的5G服務(wù)。

目前，包括Atos、DataDirectNetworks（DDN）、戴爾、Excelero、惠普、IBM、浪潮、聯(lián)想、Penguin Computing、QCT、超微、VAST Data和WekaIO在內(nèi)的基礎(chǔ)架構(gòu)和系統(tǒng)廠商已支持NVIDIA Quantum-2平臺(tái)。

未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)既要提供出色性能，又需要具備多租戶安全性，云原生超級(jí)計(jì)算平臺(tái)正是一個(gè)理想的解決方案。為了提供卓越的裸機(jī)性能和原生支持多節(jié)點(diǎn)租戶隔離，NVIDIA Quantum-2交換機(jī)的重要性不言而喻，它也是NVIDIA Quantum-2平臺(tái)的核心，其主芯片采用7nm制程，包含570億個(gè)晶體管，數(shù)量甚至要比NVIDIAA100 GPU還要再多一些，此外，NVIDIA Quantum-2交換機(jī)擁有64個(gè)400Gbps端口或128個(gè)200Gbps接口，并可提供最高可達(dá)2048個(gè)端口數(shù)的模塊式交換機(jī)系統(tǒng)，交換能力超出上一代Quantum-1約5倍。憑借著在網(wǎng)絡(luò)速度、交換能力和擴(kuò)展性方面的優(yōu)勢(shì)，NVIDIA Quantum-2交換機(jī)成為了構(gòu)建下一代高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理想選擇。

實(shí)現(xiàn)云原生超級(jí)計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)升級(jí)的關(guān)鍵要素是DPU，而此次NVIDIA Quantum-2平臺(tái)在主機(jī)端則提供了兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)，分別是NVIDIA BlueField-3 DPU InfiniBand和NVIDIA ConectX-7智能網(wǎng)卡。

BlueField-3作為首款為AI和加速計(jì)算而設(shè)計(jì)的DPU，可助力各企業(yè)在任何規(guī)模的應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先的性能和數(shù)據(jù)中心的安全性。這款DPU針對(duì)多租戶、云原生環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化，提供數(shù)據(jù)中心級(jí)的軟件定義和硬件加速的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全和管理等服務(wù)。

BlueField-3 DPU可以從業(yè)務(wù)應(yīng)用中將數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)卸載和隔離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施到現(xiàn)代基于“零信任”環(huán)境的轉(zhuǎn)型，可對(duì)數(shù)據(jù)中心的每個(gè)用戶進(jìn)行身份認(rèn)證，保障了企業(yè)從云到核心數(shù)據(jù)中心，再到邊緣的安全性，同時(shí)在效率和性能上有了更大的提升。

技術(shù)細(xì)節(jié)方面，BlueField-3 InfiniBand采用7nm工藝，包含220億個(gè)晶體管，提供16個(gè)64位Arm CPU，以卸載和隔離各種數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，樣片將于明年5月問世。

而NVIDIA ConectX-7網(wǎng)卡提供多達(dá)4 個(gè)連接端口和高達(dá)400Gb/s 的吞吐量，可為云、電信、AI和企業(yè)工作負(fù)載提供數(shù)據(jù)中心規(guī)模的硬件加速網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全和管理服務(wù)。ConnectX-7具有加速交換和數(shù)據(jù)包處理(ASAP2)、高級(jí)RoCE、GPUDirect Storage，以及用于TLS、IPsec和 MACsec加密與解密的in-line 硬件加速等功能，能夠?yàn)槊艚荨⒏咝阅艿木W(wǎng)絡(luò)解決方案提供助力。ConnectX-7讓客戶能夠在高帶寬和高密度環(huán)境中滿足目前和未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)需求。

與BlueField-3 InfiniBand相同，NVIDIA ConectX-7同樣基于7nm工藝設(shè)計(jì)，包含80億個(gè)晶體管，其數(shù)據(jù)傳輸速率是目前世界領(lǐng)先的高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)芯片NVIDIAConectX-6的兩倍，還使RDMA、GPUDirect Storage、GPUDirectRDMA和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的性能翻倍，其樣片也將于明年1月問世。

除了硬件之外，NVIDIA片上數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)（DOCA）使基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)者能夠利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)API，在NVIDIA BlueField DPU上快速創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全、管理、AI和 HPC等各種應(yīng)用和服務(wù)。借助DOCA，開發(fā)者可以通過創(chuàng)建高性能、軟件定義和云原生DPU加速的服務(wù)，對(duì)未來(lái)的超級(jí)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行編程，現(xiàn)在它也迎來(lái)了1.2版本。

現(xiàn)如今，數(shù)據(jù)中心需要處理日益增長(zhǎng)的用戶、應(yīng)用和流量，在缺乏零信任保護(hù)模式的情況下，企業(yè)極易受到攻擊，這也是NVIDIA DOCA 1.2產(chǎn)生的背景，開發(fā)者可借助DOCA1.2零信任安全框架，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全即服務(wù)，包括建立量化的云服務(wù)控制資源訪問、驗(yàn)證每個(gè)應(yīng)用和用戶、隔離可能受到影響的機(jī)器并保護(hù)數(shù)據(jù)免遭竊取等，涵蓋應(yīng)用、數(shù)據(jù)、設(shè)備、存儲(chǔ)、基礎(chǔ)架構(gòu)等每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

此外，DOCA1.2提供了軟件和硬件認(rèn)證、硬件加速的線速數(shù)據(jù)加密、對(duì)分布式防火墻和智能遙測(cè)的支持，以及租戶之間的安全隔離等策略，所有功能都可作為容器部署。

除了DOCA1.2之外，NVIDIA也帶來(lái)了基于NVIDIA RAPIDS的零信任AI應(yīng)用框架Morpheus，可以分析來(lái)自網(wǎng)絡(luò)流量日志、應(yīng)用日志和云日志的數(shù)據(jù)，并提醒安全運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)注意潛在的安全漏洞。

目前NVDIA Morpheus已上市，而NVIDIA DOCA 1.2將于11月30日開放搶先體驗(yàn)，BlueField DPU則即將隨華碩、Atos、思科、戴爾、新華三、浪潮、聯(lián)想、寧暢、Quanta/QCT和超微等廠商推出的系統(tǒng)而推出。

從傳統(tǒng)的高性能計(jì)算到新型的加速計(jì)算，再到現(xiàn)如今超級(jí)計(jì)算中心與公有云的融合，下一代超級(jí)計(jì)算中心將為HPC、AI與數(shù)分析提供盡可能高的性能，并提供安全隔離應(yīng)用，同時(shí)響應(yīng)用戶對(duì)流量的不同需求。現(xiàn)如今，NVIDIA正在用3U（CPU、GPU、DPU）一體的架構(gòu)使得未來(lái)數(shù)據(jù)中心的管理程序與調(diào)度程序變得更加簡(jiǎn)單，以實(shí)現(xiàn)從邊緣到數(shù)據(jù)中心的統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度。而全新的NVIDIA Quantum InfiniBand平臺(tái)，正是NVIDIA邁向云HPC的重要一步。

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