EETOP 专访“P4中国黑客松”:可编程技术是未来网络趋势

2022-09-29 21:59:37 来源:EETOP原创

9月17日,“英特尔®2022 P4中国黑客松”启动会顺利召开。据了解,本次活动,吸引了国内50多所大学院校的踊跃参与,有几百名学生和老师报名了此次的黑客松活动。9月22日,EETOP特别采访了英特尔数据中心集团交换网络事业部中国区总经理周刚,并了解到,培养和发掘P4杰出人才,是此次活动终极目标。

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周刚表示:“对于参赛的团队,我们希望他们能熟练使用P4和Tofino等工具,理想的目标,是希望他们借助Tofino芯片中的高阶应用,与P4使用技巧结合起来,然后开发出一些有独特新意的小而美的作品。”

 

P4是什么?

 

P4(Programming Protocol-Independent Packet Processors)是一种开源的数据平面高级编程语言,专为编程可重构网络设计,用来指定数据平面设备(交换机、DPU/IPU、路由器、 OVS等)如何处理数据包。传统的网络,通常只是作为一个中间的连接存在,数据产生端或接收端,其实就相当于没有考虑异常端。P4可编程网络所建立的网络是端到端的,包括整个链路,也就是说从数据的产生、发送,中间所经历的所有路径,到对端的接收。

 

相较过去一二十年,现如今的网络发生了翻天覆地的变化。5G、AR、VR和海量的视频流等工作负载催生了不断增长的网络优化需求,大带宽或者说确定性的网络低时延这些都是未来网络的特征。“我们认为,可编程网络是必然发展趋势。”周刚介绍说:“我们认为,包括CPU的虚拟网络,IPU或者是DPU侧的网络功能加速,IPU,DPU,甚至包括传输的时候所用到的交换机、路由器这些骨干网络设备,所有这些环节都需要高效且灵活的网络可编程能力。只有整个链路的可编程能力的实现,全网信息的实时测量和可视化才能够实现。

 

周刚特别分享了英特尔的一个新平台,即SmartSwitch智能交换机平台。这个平台包含了P4全可编程架构,由‍‍服务器级双路至强CPU、Tofino的交换芯片,以及可以选配的FPGA‍‍或IPU组成。在这个平台中,可以将P4做一个数据链路的统一,无论是平台上的FPGA,还是Tofino,或是平台上的其它硬件,都会有专门的编译器或配软件的开发包,可以同时编译,并下载到每一个硬件平台上。这样整个数据链路就可以用P4来统一,开发的时候是有一个完整的一个编译器。周刚指出,因为这个平台有很强的算力,很高的带宽,也有非常好的网络加速功能,所以目前很多用户把这个平台做成云网融合,双网融合的平台。

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Tofino:全球第一款P4网络芯片

 

P4网络芯片,主要面向的是芯片使用者,强调的是可编程的概念,而不是芯片开发者,这和传统的芯片设计有着本质的区别。传统的网络芯片,绝大多数都是固化的功能模块,即出厂时,其网络功能已经被定义好,对于这些基本功能尤其是一些核心的功能,是没有办法改变的,最多可以做一些有限的配置。如果用户需要更新芯片的功能,则需要芯片供应商重新给芯片加上新功能,这个时间有可能是18个月或24个月,甚至更长。

 

相较于传统的网络芯片,基于P4的网络芯片,可以更轻松的实现网络交换、路由,用户可以更灵活的自定义功能。它的最大特点便是简单、高效、易上手,需要更新的功能,仅需一周甚至3天就可以在芯片内实现,并可直接交付用户使用。周刚分享说:“Nick McKeown教授发明P4的一个愿景,就是希望把网络的功能定义开发完全交还给真正的网络使用者,而不是芯片的设计者。”

 

Tofino是英特尔推出的全球第一款真正面向用户的全可编程网络芯片。‍‍和现有传统的交换芯片相比,Tofino交换芯片在不损失功耗性能以及成本的基础上,额外的引入了P4,可以给最终用户带来可编程性。‍‍芯片里面没有任何固化的设计,所有的功能都是通过软件来实现的。

 

据介绍,Tofino交换芯片系列一直在不断更新,从2016年第一代推出,芯片处理能力只有3.2T,到后来的‍‍Tofino 2,处理能力提升到12.8T,再到Tofino 3,处理能力最大可达25.6T。周刚特别指出,英特尔还在做50T、100T更高密度的规划。此外,基于新的机遇,英特尔还计划以Tofino为原型,创新开发出适合更多网络的P4芯片

 

P4在中国的生态化发展

 

P4由斯坦福Nick McKeown教授于2013年提出,目前在全球有100多个伙伴加入P4社区,特别在中国有越来越多的P4玩家。对中国P4生态的建设,英特尔是主要推手之一。

 

英特尔从2017年开始在中国导入P4。过去的5年,行业迎来了翻天覆地的变化。P4的概念已经深入了国内的各行各业,在公有云,数据中心,电信或者泛网络当中,大家也都基本上认可这是一个必然趋势。

 

在助力P4在中国的生态化发展上,英特尔不单单只是用在交换芯片上,而是把它扩展到整个链路上的解决方案。除了提供支持P4的硬件设备外,英特尔还提供IPDK的开源软件,用户或者工程师可以非常方便开发基于P4的可编程网络平台。

 

据介绍,IPDK是一个开源的、与厂商无关的驱动程序和API框架,可管理由CPU、IPU、DPU或交换机构建的基础设施。‍‍IPDK能够利用现有的一些工具‍‍以及平台,包括DPDK、SPDK、P4以及SONiC和PINS来满足不同基础设施应用的需求。‍‍‍‍IPDK还可以支撑各种各样的工作负载的卸载以及加速,包括防火墙、‍‍入侵检测系统、5G、边缘计算、网络可视化层面的加速。基于‍‍IPDK框架‍‍‍‍,基础设施应用程序的用户可以根据对功能和性能的不同要求,把自己的应用在各种具有不同能力的平台之间做一个无缝的切换。‍‍

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英特尔正在引领和贡献开源社区,同时也在积极跟业界一起合作开源项目。比如在2022年ODCC的P4可编程专项工作组中,英特尔贡献了很多开源的信息和代码。此外,中国推动的“东数西算”正走向纵深的发展,它对存在网络的要求是必须构建面向低时延的确定性网络。业界普遍认为,可以通过IPV6、SRv6来引入应用感知技术,实现真正差异化服务的创新体验。而要实现这些新动能,网络的可编程能力就一定要简单易用。“P4就是一种很适合的网络技术,特别是在网络的实现方面非常的吻合。”周刚介绍,英特尔目前已经联合合作伙伴发起好几个项目,正在做一些创新的研发工作。如积极参与包括中国移动、电信、联通在内的运营商提出的按照算力来优化网络的创新设计,这个方案就是基于P4可编程网络技术,新的应用解决方案有望在6-12个月内面世。

 

虽然P4有很好的发展潜力,但要打通整个全网的可编程,还是面临着不少挑战。周刚指出:“P4的生态建设中,我认为最重要的是对人才的培养。”据介绍,在P4人才培养上,英特尔是全方位的,不仅仅只是搞一个黑客松活动。英特尔还有坚持了4年的P4特训营;有英特尔网络学术计划,在这个计划中,有大量的P4技术文档、代码设计等共享资源;有开放的社区,那里有很多成功且成熟的P4应用,可以加速培养P4工程师的成长。

 

周刚表示说:“P4在中国的生态建设,一定不是靠一家或几家就能实现的,是要靠整个社会。我们希望能有更多的业界同仁一起来拥抱开源、拥抱这个趋势!”


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