相較于結(jié)合了運(yùn)算單元與網(wǎng)絡(luò)卡的「智能網(wǎng)絡(luò)卡」，結(jié)合了運(yùn)算單元，以及快閃儲存裝置的「智能型SSD（Intelligent SSD）」，歷史相對短了許多，是這4、5年才成熟的新型加速運(yùn)算裝置。

智能型SSD的正式稱呼是「運(yùn)算型儲存（Computational Storage）」，顧名思義，是一種擁有運(yùn)算能力的儲存裝置，基本概念與智能網(wǎng)絡(luò)卡相似，都是透過裝置上內(nèi)含的嵌入式處理器，幫助卸除服務(wù)器CPU的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，藉此釋放出更多CPU資源給應(yīng)用程序，進(jìn)而提高資源利用率與整體效能。

但比起由網(wǎng)絡(luò)卡延伸發(fā)展的智能網(wǎng)絡(luò)卡，基于SSD的智能型SSD，針對的應(yīng)用型態(tài)與廠商生態(tài)，也有所差異。

智能型SSD的應(yīng)用要求，是「就近」處理自身儲存的數(shù)據(jù)，從而「在儲存裝置上同時完成運(yùn)算與儲存」，如此一來，便無須耗費(fèi)CPU周期、經(jīng)由PCIe總線將數(shù)據(jù)從后端儲存裝置讀取到內(nèi)存中進(jìn)行運(yùn)算，減少了數(shù)據(jù)傳輸與移動的需求，達(dá)到加快處理速度、減少延遲的目標(biāo)。

標(biāo)準(zhǔn)化的努力

相對于主要由網(wǎng)絡(luò)卡廠商推動的智能網(wǎng)絡(luò)卡，智能型SSD理所當(dāng)然是由儲存廠商主導(dǎo)，不過比起自行其是的智能網(wǎng)絡(luò)卡廠商們，在智能型SSD領(lǐng)域，則有標(biāo)準(zhǔn)化組織領(lǐng)導(dǎo)發(fā)展共通標(biāo)準(zhǔn)。

為避免生態(tài)系分裂為互不兼容的產(chǎn)品，儲存網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會（SNIA）成立了運(yùn)算型儲存技術(shù)工作小組（Technical Work Group），正在制定標(biāo)準(zhǔn)，并發(fā)展一套通用程序編撰模型，最終目標(biāo)是運(yùn)算型儲存應(yīng)用的通用化，讓客戶端的應(yīng)用程序，能透過標(biāo)準(zhǔn)化的界面，發(fā)現(xiàn)與使用連接到服務(wù)器主機(jī)上的任何運(yùn)算型儲存設(shè)備資源。

SNIA目前將運(yùn)算型儲存設(shè)備，分成3個層級：

●運(yùn)算型儲存處理器（Computational Storage Processor，CSP）：指運(yùn)算引擎，不包含儲存裝置。

●運(yùn)算型儲存裝置（Computational Storage Drive，CSD）：結(jié)合了運(yùn)算引擎與儲存單元而成。

●運(yùn)算型儲存數(shù)組（Computational Storage Array，CSA）：由多組運(yùn)算引擎與儲存裝置，加上數(shù)組控制器組成的設(shè)備。

在SNIA框架下，列出了一系列可由運(yùn)算型儲存設(shè)備執(zhí)行的功能列表，并區(qū)分了兩種產(chǎn)品：

●固定用途（Fixed Purpose）運(yùn)算型儲存：提供定義明確的運(yùn)算型儲存服務(wù)，如壓縮、erasure coding、加密等。

●通用（General Purpose）運(yùn)算型儲存：提供可程序化的運(yùn)算型儲存服務(wù)，執(zhí)行客制化的運(yùn)算功能。

新創(chuàng)廠商引領(lǐng)產(chǎn)品發(fā)展

不同于大廠林立的智能網(wǎng)絡(luò)卡領(lǐng)域，在智能型SSD的領(lǐng)域，目前除了三星以外，其余供貨商如NGD System、ScaleFlux、Eideticom等，大多數(shù)為新創(chuàng)公司。

以產(chǎn)品層級來說，三星、NGD System與ScaleFlux的產(chǎn)品，都屬于運(yùn)算型儲存裝置（CSD），也就是完整的智能型SSD產(chǎn)品，Eideticom與Pliops的產(chǎn)品則屬于運(yùn)算型儲存處理器（CSP），只含運(yùn)算引擎，須另外搭配儲存裝置運(yùn)作。

在產(chǎn)品應(yīng)用用途方面，ScaleFlux、Eideticom與Pliops的產(chǎn)品是以固定運(yùn)算功能為主，如ScaleFlux著重在壓縮，Eideticom能提供壓縮、erasure coding、加密、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除與機(jī)器學(xué)習(xí)等功能，Pliops則專門提供數(shù)據(jù)庫KV值作業(yè)加速。至于三星與NGD System，則強(qiáng)調(diào)執(zhí)行客制化程序的多用途能力。

而就最關(guān)鍵的運(yùn)算核心來說，相較于智能網(wǎng)絡(luò)卡領(lǐng)域，呈現(xiàn)多核處理器、FPGA與訂制網(wǎng)絡(luò)處理器三大類型鼎立的局面，智能型SSD目前是以FPGA為主流，多數(shù)產(chǎn)品的運(yùn)算引擎都是基于Xilinx FPGA，但目前出現(xiàn)了朝向Arm多核處理器轉(zhuǎn)型的趨勢。

其中，NGD System已率先完成從FPGA向Arm處理器的轉(zhuǎn)型，他們的前2代產(chǎn)品Catalina-1與Catalina-2，原本都是基于Xilinx FPGA，但新的Newport Platform系列產(chǎn)品，便轉(zhuǎn)換到內(nèi)嵌在該公司專屬ASIC芯片中的Arm處理器。

ScaleFlux也已表明，預(yù)定于今年下半年發(fā)表的下一代產(chǎn)品中，將以基于Arm處理器的運(yùn)算核心，取代目前使用的FPGA，藉此可以降低成本與功耗、提高速度，并提供更多的運(yùn)算功能。

最特別的是Nyriad，其用于搭配自身Nsulate儲存平臺的加速卡，是基于Nvidia GPU，可以提供erasure coding功能，也能用于其他運(yùn)算。

最后，雖然SNIA正在發(fā)展通用的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用接口，但是，就目前而言，客戶端還是必須透過各廠商各自提供的開發(fā)工具與API，才能使用智能型SSD的運(yùn)算功能。

智能型SSD vs. 智能網(wǎng)絡(luò)卡：角色與特性的異同

智能型SSD與智能網(wǎng)絡(luò)卡，都是內(nèi)含嵌入式運(yùn)算單元的服務(wù)器加速裝置，目的也同樣是卸除服務(wù)器CPU的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，但是，盡管基本應(yīng)用概念相同，由于產(chǎn)品的型態(tài)差異，促使兩種裝置存在著一系列關(guān)鍵區(qū)別。

角色與應(yīng)用定位

SSD與網(wǎng)絡(luò)卡這兩種裝置，在服務(wù)器上有著不同位置與角色，因此分別由兩者發(fā)展來的智能型SSD與智能網(wǎng)絡(luò)卡，也各自有著合適的運(yùn)用方式。

網(wǎng)絡(luò)卡位于服務(wù)器I/O最前端、作為數(shù)據(jù)流出入口，所以智能網(wǎng)絡(luò)卡先天適合執(zhí)行針對I/O數(shù)據(jù)流進(jìn)出的實(shí)時處理相關(guān)運(yùn)算，例如網(wǎng)絡(luò)與儲存?zhèn)鬏攨f(xié)議，以及安全控管方面的運(yùn)算卸除。

SSD位于服務(wù)器I/O最末端，是數(shù)據(jù)最終保存之處，因而智能型SSD適合針對已寫入數(shù)據(jù)的相關(guān)運(yùn)算，例如數(shù)據(jù)庫查詢、掃描、AI學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析、圖像處理等。

也就是說，合理的運(yùn)用概念，是讓運(yùn)算裝置「就近」處理運(yùn)算工作，盡可能減少數(shù)據(jù)移動。智能網(wǎng)絡(luò)卡位于I/O出入口，適合「就近」處理網(wǎng)絡(luò)傳輸與安全方面的運(yùn)算；智能型SSD位于數(shù)據(jù)保存位置，適合「就近」執(zhí)行儲存數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算。反之，若違反「就近運(yùn)算」原則，就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)搬移需求，必須耗費(fèi)CPU周期與PCIe傳輸，以致帶來額外延遲。

裝置型式與傳輸信道的差異

比起網(wǎng)絡(luò)卡型式的智能網(wǎng)絡(luò)卡，智能型SSD產(chǎn)品的型態(tài)更為多元，包含常見的2.5吋U.2或M.2規(guī)格SSD，PCIe SSD卡，還有長尺狀的EDSFF規(guī)格，除了PCIe SSD卡是透過PCIe插槽連接主機(jī)外，其余幾種規(guī)格，都是藉由NVMe接口，嫁接到PCIe總線上，但這也形成了傳輸帶寬的相對劣勢。

NVMe目前只達(dá)到PCIe 3.0 x4，而高速網(wǎng)絡(luò)卡是從PCIe3.0 x8起跳，部分還是采用PCIe 3.0 x16或PCIe 4.0 x8，所以，基于NVMe的智能型SSD，與服務(wù)器主機(jī)之間的傳輸帶寬，只有智能網(wǎng)絡(luò)卡的一半或1/4。

但另一方面，比起必須占用PCIe擴(kuò)展槽的智能網(wǎng)絡(luò)卡，透過NVMe磁盤槽部署的智能型SSD，有利于「以量取勝」，獲得相當(dāng)可觀的運(yùn)算能力。如ScaleFlux便聲稱，每臺服務(wù)器可安裝8臺他們的CSS系列智能型SSD，NGD System還測試過在2U服務(wù)器上滿載24臺智能型SSD的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，遠(yuǎn)超過單一服務(wù)器所能部署的智能網(wǎng)絡(luò)卡數(shù)量。

編輯：黃飛

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