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FAST入門(1):了解FAST
發布時間:2018-06-23
一(yī)、FAST是什麽
     FAST是FPGA加速的(de)交換平台(FPGA Accelerated Switching plaTform)英文的(de)簡寫,其誕生與發展深受斯坦福大學(xué)Nick Mckeown教授在十多年(nián)前主持的(de)NetFPGA項目影響,目标是為(wèi)計算機(jī)網絡的(de)科(kē)研與教學(xué)提供一(yī)個開源和(hé)開放的(de)FPGA交換平台。
     FAST代表的(de)4個單詞反映了項目的(de)內(nèi)容和(hé)特點:
     802.1Q規範沒有(yǒu)明确定義流量測量的(de)粒度,無法對進入網絡的(de)流量進行(xíng)細粒度的(de)測量和(hé)管控。雖然支持多種輸出調度算法,但更多是保證輸出調度的(de)優先級,或者按照預先确定的(de)權值分配不同優先級隊列占用的(de)輸出帶寬,在調度中沒有(yǒu)利用全局時間信息,無法實現确定性的(de)延時控制。軟件定義網絡技術的(de)應用可(kě)以簡化交換流程,将生成樹管理(lǐ)以及地(dì)址學(xué)習功能上載到控制器上實現,可(kě)以針對每條細粒度的(de)流定義交換行(xíng)為(wèi),但也難以實現确定性的(de)延時控制。
     FAST實現的(de)核心載體是可(kě)編程FPGA,是用Verilog語言編程實現的(de)硬件功能。FPGA的(de)現場可(kě)編程特性為(wèi)實現用戶創新的(de)網絡架構、算法、實現機(jī)制提供了極大的(de)靈活性,而且可(kě)以獲得較高(gāo)的(de)性能,支持在實際網絡中部署運行(xíng)。
     FPGA實現的(de)不是網絡處理(lǐ)的(de)全部功能,而是部分需要硬件加速的(de)分組處理(lǐ)功能。FAST的(de)核心是一(yī)套軟硬件協同的(de)分組處理(lǐ)模型,用戶可(kě)以通過Verilog編程實現的(de)硬件功能的(de)加速,也可(kě)以在現有(yǒu)的(de)FAST硬件平台的(de)CPU上編程實現特定的(de)分組處理(lǐ)功能。
     FAST面向的(de)領域是網絡交換領域,支持各種新型交換技術,如(rú)軟件定義網絡(SDN)、時間敏感網絡(TSN)、網絡安全一(yī)體化網絡甚至是智能網卡的(de)實現研究,而不是支持以人工智能(AI)為(wèi)代表的(de)應用加速。
     與目前其他開源項目一(yī)樣,FAST提供的(de)是一(yī)個硬件平台無關的(de),支持用戶通過軟硬件編程實現其特定分組處理(lǐ)功能的(de)環境。FAST通過提供标準的(de)規範、開源的(de)平台軟硬件實現代碼和(hé)demo應用,支持用戶基于平台進行(xíng)創新的(de)應用開發和(hé)設備原型的(de)快速實現。

圖1 NetFPGA平台

圖2 一(yī)款支持FAST的(de)可(kě)編程設備(Openbox S4z)
FAST的(de)logo是一(yī)隻快速奔跑的(de)豹子(zǐ),預示着借助FAST平台,用戶的(de)新想法可(kě)快速的(de)實現和(hé)驗證。

圖3 FAST LOGO
二、FAST項目的(de)意義
      當前,工業界已經給我們提供了太多優秀的(de)開源交換項目和(hé)實現平台。例如(rú)基于至強處理(lǐ)器實現T比特級轉發性能的(de)fd.io項目,在雲數據中心中得到大量應用檢驗的(de)OVS,矽谷新貴barefoot公司推出的(de)集美貌(性能)與才華(可(kě)編程性)一(yī)身的(de)Tofino芯片等等。

圖3 2016年(nián)10月,FAST開源項目正式成立
     與上述工業界力推的(de)項目和(hé)平台相比,FAST隻能說是十分小衆的(de)開源項目。雖然FAST沒有(yǒu)蹭到AI熱點,而且還不支持類似P4的(de)高(gāo)級語言對FPGA編程,其存在對未來網絡技術的(de)發展,提升網絡系統創新的(de)能力仍具有(yǒu)重要意義。主要表現在三方面:
      一(yī)是在科(kē)研中,為(wèi)系統級的(de)創新提供參考架構和(hé)樣機(jī)平台;
      二是在教學(xué)中,為(wèi)培養學(xué)生系統級的(de)設計思維提供實驗平台和(hé)案例;
      三是對于中小企業,為(wèi)新型網絡系統的(de)快速實現提供參考平台,縮短(duǎn)上市(shì)時間。
      在軟件定義一(yī)切的(de)年(nián)代,基于工業界相對成熟的(de)開源平台(如(rú)fd.io和(hé)OVS),通過軟件開發實現網絡功能創新是目前主流。然而,軟硬件協同的(de)系統級創新仍然是計算機(jī)網絡人才培養和(hé)科(kē)學(xué)研究中不可(kě)缺少的(de)內(nèi)容。
随着工業互聯網和(hé)5G的(de)發展,特别是自(zì)主可(kě)控逐漸發展成為(wèi)國(guó)家戰略的(de)時代背景下,系統級設計思想和(hé)設計人才将會變的(de)更加重要,FAST開源項目的(de)願景就是為(wèi)軟硬件協同的(de)系統級網絡設備開發和(hé)人才培養提供高(gāo)效,低(dī)成本,易于獲取的(de)平台和(hé)技術支撐。