网络在现代社会中无处不在，大家是否也知晓，其实网卡也渗透在我们生活、工作、娱乐的每一个角落呢? 今天我们就来给大家介绍一下网卡，尤其是智能网卡这个电子配件。
网卡的发展史
网卡的名称有很多，比如网络接口控制器、网络接口卡、以太网卡、局域网卡、网络适配器或网络适配器卡等。是一块被设计用来允许计算机在计算机网络上进行通讯的硬件。它使得用户可以通过电缆或无线相互连接。由于在网络上的每一个计算机都必须拥有一个独一无二的MAC地址。所以每一个网卡都有一个被称为MAC地址的独一无二的48位串行号，没有任何两块被生产出来的网卡拥有同样的地址。
基于不同的传输速度，网卡分为有10Mbps，100Mbps， 1000Mbps、10G、25G甚至更高速度的网卡。10Mbps、100Mbps网卡适用于小型局域网、家庭或办公室。1000Mbps网卡可为快速以太网提供更高的带宽。10Gb/25Gb网卡以及更高速度的网卡则受到大企业与数据中心的欢迎。
基于应用领域的分类，网卡又分为电脑网卡和服务器网卡。顾名思义，电脑网卡是指计算机中使用的网卡，现在大多数新计算机的主板都内置了网卡，因此不需要单独的局域网卡。服务器网卡的主要功能是管理和处理网络流量。与普通计算机网卡相比，服务器网卡要求更高的数据传输速度，如10G、25G、40G甚至100G。
近年来公有云中虚拟化技术的发展以及SDN（软件定义的网络）技术的兴起，对端系统协议栈提出了更高的要求，而传统的高性能网卡已经难以满足这些要求。为此，智能网卡技术开始走进大众的视野。
智能网卡 VS 传统网卡
智能网卡是服务器网卡中最新也最先进的一种，智能网卡之所以“智能”，就是因为具备高性能及可编程的能力，将很多原本由服务器CPU处理的工作upload过来，解放了昂贵的CPU的空间和功能，它既能处理高速的网络数据流，又能对网卡进行编程，实现定制化的处理逻辑，被称为智能网卡Smart NIC。
传统网卡：早期的网卡仅实现数据链路层和物理层的功能，而端系统中的CPU负责处理网络中更高层的逻辑。
智能网卡：为适应高速网络，它具备了部分传输层和路由层的处理逻辑（如校验和计算、传输层分片重组等），来减轻CPU的处理负担。甚至有些网卡如RDMA网卡还将整个传输层的处理都upload到网卡硬件上，以完全解放CPU。
在一台服务器中，根据配置不同，通常配备1-3张传统网卡，但是对于智能网卡来说，基于其功能，一台服务器中只需配备一片智能网卡即可，如果有其他需求，如存储等，也可以同时配备传统网卡使用。
智能网卡的优劣势
对于运营大型数据中心的云服务提供商来说，智能网卡可以释放宝贵的CPU内核，来为最终用户运行业务应用，从而提高服务器利用率。智能网卡可以满足各种offload需求，包括传输和存储协议，例如RoCE，TCP，NVMe-over-Fabrics。
并且可以实现基于服务器的复杂网络数据平面功能，例如，包括多匹配操作处理、计量整形、流统计等。某些智能网卡是可编程的，可以针对各种应用进行定制，并可以重新配置以满足新的要求。
智能网卡还能与现有的开源生态系统无缝协作，以最大程度地提高软件功能的速度和影响力。
但是，智能网卡并非没有缺点，在广泛采用之前，需要考虑以下问题：
智能网卡的价格比标准网卡高出很多。在相同的端口速度下，这个溢价可能会高出5-10倍，对于批量生产来说这个价格肯定需要降低。
智能网卡支持20W-80W的功率，但这对于服务器来说并不是基础配置。
考虑到智能网卡的可编程性和复杂性，可能需要消耗大量的资源来进行开发和调试，从而导致整个过程冗长且昂贵。
智能网卡的分类方式
智能网卡它并没有固定的分类方式，根据最常见的两类为大家讲解。根据其加速不同的工作负载将它分为：
基本连接NIC
面向网路加速的智能网卡
面向存储加速的智能网卡
根据不同的供应商的架构不同，SmartNIC可以分为：
基于ASIC（专用集成电路）
基于FPGA（现场可编程门阵列）
基于SOC（片上系统）
它们均提供不同程度的可编程性。一般来说，基于SoC（如市场上评价很高的迈络思基于ARM的SoC智能网卡）和FPGA都是用可编程内核制造的，可以适应多种应用。
针对更复杂的用例，SOC是最佳的SmartNIC选择，价格与性能兼具、易于编程且高度灵活。然而，可编程的缺点在于资源消耗大和交货时间长。定制ASIC往往是硬编码的，定制通常仅限于供应商提供的应用工具集。ASIC具有价格优势，但灵活性有限，尽管基于ASIC的NIC相对容易配置，但最终功能将受到基于ASIC中定义的功能的限制，这可能会导致某些工作负载无法得到支持。
智能网卡的市场划分
云服务提供商：2019年，以亚马逊为代表的美国四大云服务提供商占据了智能网卡市场份额的90%以上。同时随着阿里云、腾讯云，以及例如苹果和甲骨文等二级云服务提供商扩大数据中心规模，它们会逐渐选择利用智能网卡来提高利用率。这些公司或许未必有足够的资源来开发自己的智能网卡，因此可能会从供应商那里寻求第三方解决方案。
电信运营商：电信运营商一直希望将核心网络服务转移到x86服务器上运行，因此，智能网卡可以用来减轻网络功能虚拟化的负担。某些适配器供应商也将目标对准了新兴的边缘计算市场，因为智能网卡是对MEC节点的补充，可以满足低延迟需求。
企业：一般来说，企业数据中心倾向于较小的规模，并且很难最大限度地提高利用率。许多企业还依赖供应商提供软件来实施解决方案。某些工作负载正在使用智能网卡开发，以促进NVMe-over-Fabrics连接。
智能网卡厂商
目前领先的厂商包括博通，Ethernity Networks，英特尔，Marvell，迈洛思（被英伟达收购），Napatech，Netronome，Pensando和赛灵思（被AMD收购）。
Mellanox是面向数据中心服务器和存储系统的高性能、端到端智能互连解决方案的领先供应商，今年3月， ConnectX-6 Dx 智能网卡全面上市， BlueField-2 IPU(I/O 处理单元) 也已上市，它们在关键应用中引入了最新硬件加速引擎和一流软件编程能力，BlueField系列性能显著，集先进的 ConnectX 功能与 Arm 或 FPGA 可编程性于一体，提供了令人惊艳的性能和功能水平。BlueField 和 Innova DPU 可提高企业和云中虚拟机 (VM)、容器和裸机服务器的性能、效率和安全性。
博通的Stingray SmartNIC SoC系列具有集成的全功能100G NIC，强大的8核CPU，运行在3 GHz下，支持数据包处理、加密、RAID和重复数据删除等硬件引擎，是用于主机卸载、裸机服务和网络功能虚拟化的理想SmartNIC解决方案。
2015年6月，Intel 宣布以 167 亿美元的价格收购全球第二大 FPGA 厂商 Altera，随后Intel成立了可编程事业部且一直在推进 FPGA 与至强处理器的软硬件结合，2019年4月19日，Intel 宣布旗下的 FGPA 已经被正式应用于主流的数据中心 OEM 厂商中，Intel的可编程加速卡还为 OEM 厂商提供一个面向包含 FPGA 的 Intel 至强可扩展处理器的 Intel 加速堆栈。二者结合起来，就形成了一个完整的硬软件结合 FPGA 解决方案。
像Pensando和Fungible等新兴公司也将持续向SmartNIC市场注入新动力，同时为了保持领先地位，诸如AMD（赛灵思）、英特尔、博通和英伟达等技术领导者也将不断发展进步。
据预测，到2024年，SmartNIC市场规模将超过6亿美元，占全球以太网适配器市场的23%。未来，SmartNIC市场或超百亿。智能网卡的未来发展，我们一起拭目以待。
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