コンピュータの誕生の初めから、それは時代とともに変化し、常にその内容を充実用語は、ITは、計算効率を向上させるためだけでなく、より多くのサポート、高性能コンピューティング、クラウドコンピューティング、量子コンピューティング与えられた「計算」するために、実務「コンピューティング」有効にすることでコンピューティングのさまざまな領域です。ネットワークとコンピューティングを統合する方法 - 開発の時代がネットワークから切り離せない、この記事のトピックは、議論することです。
なぜ私たちは、コンピューティングとネットワーキングの収束を気にする必要がありますか？
コンピューティングとネットワーキングは、切っても切れない効率的かつ統合型ネットワーク・コンピューティングは、コンピューティングの将来の発展の傾向となっているされています。我々はまた、（例えば、汎用のCPUを実行している仮想マシンとして、従来のオペレーティングシステムやプログラミング言語）コンピュータに関連するハードウェアとソフトウェアがますますネットワークのすべての種類のために使用されている見ることができます。そのようなスイッチ、ルータ、およびネットワークNICデバイスなど、ネットワーク内のさまざまな汎用コンピューティングの完了を可能にするために、プログラム可能になってきています。
データセンターでは、高密度コンピューティング・クラスタに代表される、アプリケーションが多様化し、分散し、より大きなネットワーク帯域幅は、I / O処理のための需要を計算するために大量のデータをももたらしているにも高騰している、新しい仮想ネットワーク機能GPUの作業負荷を軽減することは不十分であるがまた、CPUパワーの数を侵食。
コンピューティングパワーよりもはるかに多くのネットワーク帯域幅、
現時点では、サーバ・ネットワークの帯域幅は急速な成長に直面しています。200Gbpsイーサネットカードが主流となっている、メーカーは常に新しい400Gbps NICを開発している、と1Tbpsはすぐに次のターゲットになります。一方、処理ネットワークI / O空間コンピューティング能力が縮小されます。例えば、100個のX86のCPUコアの場合にはライン速度400GB /秒を維持するために、キーと値のストアを使用して、典型的な32バイトのキー値は、コアは、約500サイクルの各キーと値のペアを処理します。でも、この理想的な仮定でその哀れな物事のアプリケーションロジックを残して、ネットワークスタックにおけるLLCまたはメモリアクセスの一部を実行することができるだけ無視できるコンピューティングパワー。換言すれば、アプリケーションのワイヤスピードI / O処理要求の将来は、CPUとメモリを限定することを運命づけられています。
長年にわたり、基盤となるネットワーク層の機能の様々なネットワークアダプタハードウェアに適用されています。これらは、I Oを集める単純散布範囲、バックボーンネットワーク・ハードウェア・オフロードI / O処理を構成し、チェックサムが計算され、パケット分割/促進剤は、TCPオフロード及びRDMAのように、トランスポート層を完了すること。
低遅延処理のための商業用サーバは、ハードウェアは、急速に変化するデータセンターネットワークのワークロードに追いつくことはできませんが、I / Oは、前例のない高さに達したワイヤスピードが要求されます。たとえば、ネットワーク接続ストレージ圧縮技術へのアクセスのために、新しい標準フォーマットやトンネルはASIC開発と展開のライフサイクルよりも、急速に発展しています。さらに、そのような更なる計算要件を促進する仮想ネットワーク機能（VNF）にファイアウォールや侵入検知システムなどのデータセンタネットワークパラダイム独自の中間カートリッジから。CPUのネットワーク処理負担にVNF、また、計算が高い要件を前方に置きます。
チャレンジCPUとGPU
ネットワークI / Oパフォーマンスの問題は、長い間、オペレーティングシステムのネットワークスタックの非効率性を排除し、NIC-CPUの相互作用を最適化を重視して、主要な関心事となっています。現在VNFを達成するために使用される方法は、完全に、直接ユーザレベルライブラリ（例えばDPDK）から元のパケットにアクセスし、ネットワークスタックをバイパスしています。CPUとNICのハードウェアは、I / O処理の効率を向上させるいくつかのメカニズムを提供し、さらに、例えば、データを直接CPU LLC（DDIO）を導入し、CPUコア間のキャッシュ競合を減少させることによって（例えば、サイドスケーリングを受信します）およびスケーラビリティを向上させるために（例えば、変調割り込み）割り込みの頻度を減少させます。しかし、これらの機能強化で、まだ公共の機能を実行するために、10Gbpsのネットワークの速度で複数のCPUコアが必要です。また、既存のシステムが原因で増加レイテンシに起因するCPUリソースの競合になり、パケット処理性能が変動します。
GPU、ネットワークパケット処理アプリケーション（例えば、PacketShader、SSLShader、SNAPおよびGASPP）を加速します。残念ながら、PCIeのデータ転送と制御GPUに、GPUは、高遅延のオーバーヘッドを紹介します。さらに、同様の性能が低いレイテンシで達成することができる最もI / O集中ワークロード（例えば、ルーティング）において、TCO GPU利得及び電力効率は、疑問視されているだけCPUレイテンシ隠蔽技術に使用されます。現在、GPUアクセラレーションネットワーク処理の使用上の論争がたくさんあります。課題、ネットワーク・コンピューティングと効率的な統合が不可欠一連を伴います。
ネットワーク・コンピューティング：ネットワークとコンピューティング収束ブースター
計算（インネットワークコンピューティング）ネットワークは、新しいプログラマブルネットワークデバイスを使用して、ネットワーク・コンピューティングに焦点を当て、近年の新しい研究領域である（例えば、ASIC、プログラマブルスイッチ、ネットワーク・プロセッサ、FPGAプログラマブルNIC）機能は、ネットワークへのCPUから算出しました。
ネットワーク・コンピューティングの概念は二十年前に遡ることができますが、多くの人が今のコンピューティングの時代が本当にネットワークハードウェアとソフトウェアの技術革新の時代に役割を果たしていると思いますが組み合わせたものです。システムの観点から、ネットワーク定義の計算では、スイッチとNICを使用する必要があるため、ネットワークに新しい機器を追加する必要がないことを意味します。したがって、ネットワークのオーバーヘッドの計算はない追加のスペース、コスト、またはアイドル電力ので、小さいです。また、トランザクションで算出されたネットワークは、ネットワークトランザクションで終了し、ネットワークの負荷を軽減することができます。FPGA、SmartNICおよびプログラマブルスイッチ：今日までに、コンピュータネットワークは、デバイスの三種類に実装されています。
プログラマブルスイッチASICを導入し、駆動力の上昇がSmartNICネットワークを算出します。過去には、ネットワークデバイスの機能は、製造者定義の関数をサポートする、固定されています。対照的に、プログラム可能なネットワークデバイスは、高レベル言語でコードを書くときにユーザーが所望の機能を達成することを可能にします。今日では、フィールド・プログラマブル・ネットワークで使用される主な言語はP4で、オープンソース、ドメイン固有言語です。最初に、主言語（例えば、インバンドテレメトリネットワーク）新しいプロトコル及びネットワーク関連機能を定義するために使用されます。すぐに、研究者は、ネットワークへの、より複雑な機能の言語やプラットフォームに基づいて始まりました。
コンピューティングネットワークの利点：高スループット、低遅延、低消費電力
ネットワークの主な利点は、スループットと待ち時間など、性能が計算されます。今日では、多くのネットワーク機器は、非オーバーサブスクリプションほとんど差の場合には、サブマイクロ秒の遅延をサポートしています。しかし、これは遅延の主な原因を減らすことはありません。計算処理は、トランザクションが、これによりホスト端末間のネットワークへのネットワークノード内のホスト端末によって導入される遅延、及びコンピューティングデバイスの保存、エンドホストに到達することなく、その経路で終端されていることを意味するネットワーク内のネットワーク内で意味であるので。特に、クラウド環境では、サービスプロバイダーは、このように待ち時間を短縮、サービスの遅延を克服するために苦労していることは非常に重要です。
第2の利点は、属性データ処理速度で特定のパケットをパーソナライズすることができます。毎秒最大10億のパケットのASIC処理速度を切り替え、それは第2の操作あたり数十億回をサポートすることができます。そのようなスイッチはカトンことなく、パイプのように連続的に移動するデータを設計されています。ほとんどの場合、操作（パケット）は、例えば、共有リソース競合（混雑）、（キューに入れられた）中に懸濁されている場合でも、他のパケットの処理は影響を受けません。コンピューティングを使用するアプリケーションは、パフォーマンスのホスト千倍に基づいて類似製品に比べて、ネットワーク内の達成とします。
予想外の利益を計算するネットワークは、エネルギー消費量でもあります。私たちは、ネットワークスイッチは電力を消費デバイスですが、あなただけのワット当たりの動作を考慮した場合、ネットワークは、そのいくつかのアプリケーションのために、このように意味し、ワット運用のサポート百万人あたりに、より魅力的なスイッチと信じているが、ソフトウェアベースのソリューションよりも千倍高いプロセスの効率化。例えば、スイッチでは、「コスト」百万キーが保存されたクエリは、1ワット以下です。ネットワークスイッチは、ユーザネットワークの一部であるため、消費電力のほとんどはパケット転送処理に含まれ、そしてスイッチの総電力消費量のわずか数パーセント、ネットワークのコストが非常に小さい計算されている。ので
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