本文來源：深圳市聯瑞電子有限公司

摘要：一文讀懂——智能網卡是什么？有什么特點？FPGA有哪些技術優勢？可實現什么新功能？

一、智能網卡是時代技術發展的需求

5G的到來，對軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）提出了更加迫切的需求。

現有的網絡基礎設施可支撐千萬人溝通，但不能支持實時溝通的數十億物聯網設備，這就需要運營商對網絡進行虛擬化，構建更加靈活的網絡基礎設施。

但是，軟件解決方案并不能提供足夠的網絡可靠性和服務質量，而具有高級可編程功能SmartNIC，將在虛擬化網絡中扮演非常重要的角色。

Smart NIC能夠提升應用程序和虛擬化性能，實現軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）的諸多優勢，將網絡虛擬化、負載均衡和其他低級功能從服務器CPU中移除，確保為應用提供最大的處理能力。與此同時，智能網卡還能夠提供分布式計算資源，使得用戶可以開發自己的軟件或提供接入服務，從而加速特定應用程序。

二、智能網卡的技術性特征

Smart NIC即智能網卡，其核心是通過FPGA協助CPU處理網絡負載，編程網絡接口功能。FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。

智能網卡的研發意圖有兩個：

1.解放server上昂貴的CPU計算資源；

2.幫助提供barematel server。

智能網卡具有三個重要特征：

1.通過FPGA本地化編程支持數據面和控制面功能定制，協助CPU處理網絡負載；

2.通常包含多個端口和內部交換機，快速轉發數據并基于網絡數據包、應用程序套接字等智能映射到到相關應用程序；

3.檢測和管理網絡流量。

Smart NIC的應用場景包括：

1.Smart NIC可以將代碼從CPU引入網卡，顯著加速用于安全應用的加密/解密或用于深度包檢測（DPI）應用程序，降低CPU負載，并且支持靈活的網絡可編程性；

2.超融合架構數據中心中，Smart NIC為SDN和虛擬化應用程序提供硬件加速與網絡接口緊密結合，并可分布在大型服務器網絡中，減小CPU負載，提供額外的邊緣計算能力，加速特定應用和虛擬化功能，并且通過正確的語言和工具鏈支持，為用戶提供應用加速即服務的附加價值。

目前業界提供基于FPGA的Smart NIC的廠商包括Accolade、BittWare、Enyx、Ethernity、Napatech、Netcope、Reflex CES、Silicom和Solarflare，通常集成自Intel或Xilinx的FPGA來實現。

三、深圳聯瑞品牌的FPGA智能

LREG1001PF-2QSFP28 是深圳市聯瑞電子有限公司在基于 Xilinx Ultrascale+16nm VU3P芯片方案基礎上研發的一款雙口100G FPGA光纖以太網 PCI-Express v3.0 x16智能網卡，該智能網卡擁有高吞吐量、低延時的網絡處理能力以及輔助CPU進行網絡功能卸載的能力，達到最大化節約CPU算力，降低CPU占用同時也降低功耗。

該智能網卡直接安裝在服務器或者其他設備的PCIe插槽上即可使用，極具有便利性，所涉及的IP核具有自主知識產權，通過與具體應用及業務結合的方式，可以實現網絡的智能化，可編程化，從而節約CPU占用。

該智能網卡具有芯片級級別的加密功能，可實現數據的安全處理、傳輸，同時還兼具有過溫、 過流、過功率等的保護，以免受到電源沖擊的受損。在直接在服務器上使用時，單CPU核即可支持收發雙向可達80Gbps的吞吐量速度，在通過Firefly進行多卡的單板鏈接通信時，可達到300Gbps的全雙工收發以及報文處理的能力。

該智能網卡提供了支持P4編程的二次功能開發，能實現網卡處理功能的實時可配置性，支持用戶對網卡實現自定義安全策略配置及檢測，同時支持OvS 卸載。可實時監控網絡網卡內數據包的流量及延遲，通過P4的遙測技術，可與支持 P4 的交換機形成端對端的遙測技術解決方案實時觀測整個鏈路的流量、擁塞和延遲，為實時網絡部署提供參考條件。

聯瑞品牌的LREG1001PF-2QSFP28智能網卡由于優異的性能，適合于人工智能，深度學習、網絡加速、基因測序、視頻處理、金融分析等對網絡延時、數據處理量要求都有特殊需求的領域使用。

最后引用《中國電信CTNet2025網絡架構白皮書》的話：

“從更好的適應互聯網應用的角度出發，未來網絡架構必須要求網絡能力接口的開放和標準化，通過軟件定義網絡技術，能夠實現面向業務提供網絡資源和能力的調度和定制化，同時為進一步加速網絡能力的平臺化，還需要提供網絡可編程的能力，真正實現網絡業務的深度開放。”