Bộ tăng tốc máy chủ đáp ứng nhu cầu về tốc độ của 5G

Bạn có thể nói rằng tương lai của 5G + Edge nằm trong các lá bài. Thẻ tăng tốc máy chủ—đơn vị xử lý đồ họa (GPU), mảng cổng có thể lập trình trường (FPGA) và mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC)—có vai trò quan trọng trong việc giảm độ trễ và cải thiện băng thông ở biên của mạng 5G. Với khối lượng dữ liệu được tạo ra bởi IoT và các thiết bị tiên tiến bùng nổ, các công ty viễn thông phải được chuẩn bị để tăng tốc độ tiên tiến. Việc triển khai thẻ tăng tốc máy chủ, như một phần của chiến lược phổ sóng 5G mới, sẽ giúp các công ty viễn thông cung cấp nhiều dữ liệu hơn, nhanh hơn.

Làm cho cạnh xa nhanh hơn

 Hãy xem xét trường hợp sử dụng của RAN phân tách ở biên xa bằng cách sử dụng RAN mở (O-RAN) với tùy chọn nhổ chức năng 7-2x (như được định nghĩa trong 3GPP). Để phục vụ phần đơn vị phân phối O-RAN (O-DU) của RAN, thẻ tăng tốc phải đáp ứng ba yêu cầu:

• Thẻ giao diện mạng (NIC) có nhiều cổng 10GbE, 25GbE hoặc thậm chí 100GbE;
• Thời gian nâng cao thông qua đồng hồ G.8275.1 Telecom grandmaster (T-GM) có Ethernet đồng bộ (SyncE), giao thức thời gian chính xác IEEE 1588 (PTP) và đánh dấu thời gian lớp vật lý (PHY);
• Tăng tốc xử lý mạng bằng FPGA, GPU hoặc ASIC.

Cho đến khi chúng tôi có một thẻ có thể đáp ứng ba yêu cầu này, trong thời gian ngắn, nhiều thẻ trình cắm máy chủ có thể được sử dụng với chia sẻ bộ nhớ hoặc một đường dẫn giữa chúng. Mỗi thẻ có thể xử lý một hoặc nhiều yêu cầu trên hoặc công ty viễn thông có thể chọn tích hợp một số hoặc tất cả các thẻ này trên bo mạch chủ.

Sơ đồ bên dưới minh họa cách xử lý DU với một phần của quá trình xử lý được giảm tải nội tuyến sang thẻ tăng tốc có thể trông như thế nào. (Hình ảnh do Liên minh O-RAN cung cấp).

Đối với phần đơn vị trung tâm (CU) của RAN, thẻ NIC thông minh (sNIC) đa lõi sẽ đủ để tăng tốc các hoạt động của mặt phẳng điều khiển như mật mã và mã hóa.

Khi bạn xem xét các tùy chọn cấu hình phân chia RAN khác, các yêu cầu về tăng tốc sẽ thay đổi nhưng gần như tuân theo các nhu cầu của DU và CU được mô tả ở trên. Khi cân nhắc các tùy chọn thẻ tăng tốc và máy chủ, tốt nhất bạn nên xem xét nó từ quan điểm kinh doanh hơn là quan điểm công nghệ. Ví dụ: lựa chọn nào mang lại cho bạn tổng chi phí sở hữu tốt nhất đối với khối lượng công việc trong trường hợp sử dụng vRAN (ví dụ: microcell, picocell) và lựa chọn đó sẽ bao gồm bao nhiêu khu vực vô tuyến? Câu trả lời có thể là phương pháp đa đầu vào đa đầu ra (BS-MIMO) của trạm gốc sử dụng 2 hoặc 4 thiết bị phát (Tx) và thu (Rx) hoặc thiết bị 64 Tx/Rx sử dụng mmMIMO sóng milimet. Tính linh hoạt của phần mềm so với tối ưu hóa phần cứng cần được xem xét cẩn thận để đưa ra quyết định.

Khi quá trình tổng hợp diễn ra dọc theo đường dẫn dữ liệu từ biên đến lõi mạng, chúng ta bắt đầu thấy các mô hình trung tâm dữ liệu phổ biến hơn để tăng tốc với nhu cầu tối ưu hóa lưu trữ, bộ nhớ đệm, v.v. Nhiều NIC nâng cao như NIC được sử dụng thành công trong các trường hợp sử dụng của doanh nghiệp có thể áp dụng ở đây.

Quản lý cơ sở hạ tầng

Quản lý và khả năng quản lý của cơ sở hạ tầng tăng tốc tiên tiến là những yếu tố quan trọng trong việc áp dụng các giải pháp biên 5G. Các công ty viễn thông mong muốn quản lý đường ống phần cứng hoàn chỉnh từ biên xa (ví dụ: tháp vô tuyến) đến trung tâm dữ liệu lõi mạng bằng cách sử dụng một giao diện quản lý duy nhất cho tất cả các hoạt động điều khiển. Cần có một lớp trừu tượng phía trên phần cứng để tận dụng tối đa khả năng phân tổ.

Đối với máy chủ, điều này yêu cầu quản lý ngoài băng thông qua Redfish của DMTF cho tất cả các thành phần máy chủ, bao gồm cả sNIC và máy gia tốc thuộc mọi loại. Bởi vì các máy gia tốc được kết nối với một máy chủ, những máy gia tốc này cũng phải có khả năng được quản lý bằng một giao diện nhất quán, duy nhất. Để đạt được mục tiêu đó, Dell Technologies đã thiết kế giải pháp Dell Remote Access Controller (iDRAC) tích hợp để quản lý các máy chủ bao gồm tất cả các máy gia tốc và thiết bị sNIC bên trong chúng.

Các tiêu chuẩn DMTF, chẳng hạn như giao thức Giao diện dải biên của bộ điều khiển mạng (NC-SI) và Mô hình dữ liệu mức nền tảng (PLDM), được sử dụng nội bộ để cho phép bộ điều khiển iDRAC truy cập, định cấu hình và quản lý các thành phần nâng cao này. Người dùng không nhìn thấy chi tiết về cách thức hoạt động của nó vì các tương tác của họ với máy chủ được thực hiện thông qua giao diện Redfish.

Đối với công cụ quản lý phần cứng, một số công ty viễn thông sử dụng dự án Bifrost độc lập, hoặc quản lý phần cứng được tích hợp trong nền tảng (ví dụ: OpenStack ). Đối với các triển khai bare-metal của Kubernetes, Metal3 dự kiến ​​sẽ được sử dụng để quản lý phần cứng và được tích hợp thông qua Kubernetes Cluster API. Trọng tâm của phương pháp này là khả năng sử dụng giao thức Redfish để quản lý ngoài băng tần cho máy chủ, thiết bị mạng và thậm chí cả bộ lưu trữ chuyên dụng.

Một khía cạnh khác cần được xem xét là việc sử dụng hoạt động của máy gia tốc hoặc sNIC. Chúng tôi hy vọng rằng ban quản lý phần cứng sẽ chuẩn bị các bộ tăng tốc này để chúng sẵn sàng sử dụng trong máy chủ. Là một phần của quy trình quản lý đó, các công ty viễn thông cần xem xét cách người dùng sẽ lập trình các bộ tăng tốc đó để xử lý khối lượng công việc của máy chủ , đặc biệt là với một nền tảng như Kubernetes hoặc OpenStack. Để chuẩn bị máy gia tốc xử lý khối lượng công việc của ứng dụng, hai tiêu chí phải được đáp ứng:

• Phải tồn tại một đường dẫn dữ liệu giữa CPU và thẻ tăng tốc;
• Mã ứng dụng phải được thực thi trên chính thẻ.

Open Network Foundation’s Stratum thường được sử dụng cho các máy gia tốc hoặc xây dựng luồng sNIC. Mô hình OneAPI có thể được sử dụng để phát triển ứng dụng. Các công cụ quản lý và lập trình thiết bị dành riêng cho nhà cung cấp cũng có thể được sử dụng cho cả lập trình thiết bị và quản lý luồng của máy gia tốc và sNIC.

Việc xem xét tiếp theo là phương pháp được sử dụng để đạt được sự tích hợp nền tảng. Trong môi trường Kubernetes, API CustomResourceDefinition (CDR) có thể được sử dụng để hướng dẫn khung vận hành chuẩn bị một thiết bị thông minh cho mục đích sử dụng của nó. Tương tự, đối với OpenStack, có thể sử dụng trình điều khiển dành riêng cho thiết bị trong OpenStack’s Cyborg.

Như bạn có thể thấy, có rất nhiều điều cần cân nhắc khi tăng tốc lợi thế cho các dịch vụ 5G. May mắn thay, Dell đã cân nhắc tất cả những điều này khi xây dựng các giải pháp và máy chủ biên của mình . Hãy nghĩ về nó như một nút “turbo” tích hợp sẵn mà bạn có thể kích hoạt để mang lại lợi thế cạnh tranh cho mạng của mình .