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IPDK是一個(gè)開源的、與廠商無關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序和API框架，可管理由CPU、IPU、DPU或交換機(jī)構(gòu)建的基礎(chǔ)設(shè)施。DPU/IPU應(yīng)該是下一個(gè)十年的可編程重要硬件載體，IPDK能否成為DPU/IPU的通用軟件平臺(tái)呢?
DPU/IPU軟件生態(tài)
DPU/IPU持續(xù)爆火，引得越來越多的玩家相繼入局，除英偉達(dá)、英特爾和AMD等國(guó)外廠商，阿里、騰訊、銳捷、浪潮、芯啟源、星云智聯(lián)等本土廠商也持續(xù)發(fā)力。
但目前市場(chǎng)上DPU/IPU軟件生態(tài)非常復(fù)雜，存在框架多、接口雜、開發(fā)難度高等問題。對(duì)最終用戶和供應(yīng)商來說，需要一個(gè)統(tǒng)一的開放API來支持業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施管理。
IPDK
IPDK應(yīng)運(yùn)而生，它屏蔽了底層硬件的差異，可以支持任何定義了相關(guān)接口類型的設(shè)備，并給上層應(yīng)用提供一致性的訪問接口。IPDK將管理基礎(chǔ)設(shè)施的所有功能進(jìn)行抽象封裝，形成了“接口三明治”(如下圖)?！叭髦巍钡讓訉?duì)接SDK驅(qū)動(dòng)程序、編譯器后端等，頂部定義了一組RPC接口以支撐不同的應(yīng)用場(chǎng)景。
IPDK在Linux中運(yùn)行，使用SPDK、DPDK和P4等成熟的開源工具，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、工作負(fù)載調(diào)配、信任根和平臺(tái)中的卸載功能。IPDK為提高性能、優(yōu)化資源和確保基礎(chǔ)設(shè)施的安全提供了一個(gè)通用平臺(tái)。另外，IPDK可以抽象出硬件的壓縮和加密功能，以及底層的存儲(chǔ)加速。
IPDK標(biāo)準(zhǔn)接口
IPDK包括兩大開放接口，一種是Infrastructure Application Interface(基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用接口)，另一種是Target Abstraction Interface (TAI)(目標(biāo)設(shè)備抽象接口)，這個(gè)概念有點(diǎn)像SDN里的北向接口與南向接口。
基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用接口
基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用接口基于以下兩個(gè)設(shè)計(jì)原則：
- 基于標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用程序使用的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)
- 基于RPC：應(yīng)用程序可以運(yùn)行在本地、遠(yuǎn)程或兩者結(jié)合
基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用接口也可以被認(rèn)為是DPU/IPU容器的北向接口，代表IPDK中支持的不同RPC接口，其中包括：
- P4Runtime : 用于可編程網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平面
- OpenConfig :用于配置物理端口、虛擬設(shè)備、QoS和IPsec等
- Redfish / REST API : 用于基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備生命周期和平臺(tái)管理
- SPDK Storage Protocol : 用于軟件定義存儲(chǔ)的RPC接口
- Managed Kubernetes : 用于控制Kubernetes基礎(chǔ)設(shè)施組件的RPC接口
- Envoy xDS : 用于配置Envoy的RPC接口
基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用接口的示例實(shí)現(xiàn)如下圖所示：
目標(biāo)設(shè)備抽象接口
目標(biāo)設(shè)備抽象接口 (TAI) 是為基礎(chǔ)設(shè)施硬件設(shè)備定義的一個(gè)抽象模型，基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用程序可以通過TAI管理調(diào)度設(shè)備資源。
目標(biāo)抽象接口基于以下三個(gè)設(shè)計(jì)原則：
- 基于標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)可編程目標(biāo)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)
- 基于驅(qū)動(dòng)程序和庫組件：基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用程序與 TAI 的庫組件連接，以對(duì)控制平面進(jìn)行編程。在計(jì)算實(shí)例和基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用程序都使用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)平面操作，例如移動(dòng)數(shù)據(jù)包或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
- 基于功能：根據(jù)功能接口進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，這樣應(yīng)用程序可以在部署目標(biāo)之前預(yù)先查詢目標(biāo)以了解其功能。
目標(biāo)設(shè)備抽象接口由以下部分組成：
- 虛擬設(shè)備：虛擬設(shè)備使用 PCI 熱插拔與計(jì)算實(shí)例交互
- 生命周期控制：控制平面接口用于管理運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的更新、監(jiān)控、重置和恢復(fù)。
- 加速器控制：用于加速器的控制平面接口，供基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用程序使用。
IPDK應(yīng)用場(chǎng)景
IPDK主要的應(yīng)用場(chǎng)景包括：
IaaS：實(shí)現(xiàn)跨虛擬機(jī)、容器和裸機(jī)的虛擬網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和加密技術(shù)等;
IaaS場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò)虛擬化
IaaS場(chǎng)景下的存儲(chǔ)虛擬化
IaaS場(chǎng)景下的主機(jī)虛擬化
PaaS：實(shí)現(xiàn)容器網(wǎng)絡(luò)、代理服務(wù)等;
PaaS場(chǎng)景下的CSI & CNI
PaaS場(chǎng)景下的Calico Running on IPU
PaaS場(chǎng)景下的Envoy on IPU
Inline Acceleration：實(shí)現(xiàn)防火墻、IDS、網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)、5G/無線基礎(chǔ)設(shè)施、AI/ML等。
IPDK與DOCA
從前文我們也可以看出，IPDK與DOCA非常相似。
DOCA(Data Center Infrastructure-on-a-Chip Architecture)是英偉達(dá)專為BlueField DPU打造的一個(gè)高度可編程的SDK開發(fā)平臺(tái)工具，為開發(fā)者提供簡(jiǎn)單開發(fā)接口，程序員可以利用 API、庫和示例代碼來創(chuàng)建和加速應(yīng)用程序，從而豐富DPU的應(yīng)用開發(fā)生態(tài)。英偉達(dá)的專家將DOCA類比為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域的CUDA。
IPDK與DOCA相比，其獨(dú)特之處在于它是一個(gè)面向DPU/IPU 等硬件進(jìn)行抽象封裝的公共開發(fā)套件。由于一致的抽象性，它可以在任何硬件上運(yùn)行，除英特爾的IPU外，還包括英特爾 Xeon服務(wù)器及其他廠商的DPU。例如，Marvell展示了他們?cè)谄銸cteon DPU上運(yùn)行的IPDK。但目前IPDK的生態(tài)建設(shè)還處于起步階段，而DOCA在市場(chǎng)上已經(jīng)有一定的用戶量。
展 望
未來IPDK項(xiàng)目能否順利發(fā)展，業(yè)界人士認(rèn)為還要考慮到以下幾點(diǎn)：
- 從技術(shù)角度，后續(xù)IPDK接口封裝是否全面?能否實(shí)現(xiàn)向后兼容?
- 項(xiàng)目的發(fā)展還要需求牽引，未來會(huì)不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用真正引爆IPDK?
- 目前類似軟件堆棧百家爭(zhēng)鳴，如何打動(dòng)和吸引更多廠家參與到IPDK?如何平衡多方的利益?
IPDK項(xiàng)目的愿景十分宏大，但其最終能否成為像OpenStack、Kubernetes那樣的明星開源項(xiàng)目，甚至成為DPU/IPU的通用軟件平臺(tái)，還需多方參與，共同推動(dòng)，期待IPDK項(xiàng)目早日走向成熟。
網(wǎng)站欄目：IPDK：可編程基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)代的開源開發(fā)框架
分享路徑：http://www.dlmjj.cn/article/cdjcsip.html
