下一代NFV硬件关键技术

　　在标准组织、开源社区、运营商和设备商的共同推动下，电信行业掀起了NFV/SDN新技术浪潮。NFV的底层硬件采用通用的货架产品，即通用服务器、通用磁阵、通用交换机，其可用性已经得到证明。但当下的通用硬件源于IT，仍然不足以满足种类繁多的电信业务，不足以适配等级不一的电信机房环境，仍存在巨大的改进空间。本文探讨了下一代NFV硬件应具备的关键技术。

硬件架构变革：软件可定义基础设施

软件可定义服务器

　　软件可定义基础设施（SDI，Software Defined Infrastructure）是未来数据中心的发展方向。Intel提出RSD（Rack Scale Design）架构，旨在实现计算、存储、网络资源池的全面解耦，以构建软件可定义服务器，其理念完全符合SDI思想，技术上也领先于当前的OCP和天蝎等整机柜规范，是构建电信云基础设施的最佳实践。

　　Intel的RSD架构可对计算、内存、PCIe扩展和存储资源进行动态管理，将这些资源进行机柜级组合调度，并依托Redfish管理接口，大幅提升数据中心的资源利用率和灵活性。

　　中兴通讯在RSD领域积极投入，已经在现有服务器产品上实现了基于Redfish接口的全套RSD2.0的管理接口规范，也在积极研发下一代资源池服务器，如图1所示。中兴通讯持续攻克技术高地，诸如内存资源池技术、400G接口技术、大容量交换技术、全光背板技术等，为RSD的快速商用铺平道路。

软件可定义存储

　　CEPH是一种典型的分布式存储系统，也是真正意义上的软件可定义存储，代表着存储的发展方向。CEPH相比传统磁阵有以下显著优点：高扩展性，支持从TB到PB级的扩展；高可靠性，多数据副本，全分布架构；高性能，数据处理高度并行，线性化好。

　　中兴通讯在CEPH开源社区的贡献处于业界前二。相比开源CEPH版本，中兴通讯的CEPH存储产品ZXCLOUD KS10000已经在政企和运营商客户的关键生产系统上成功商用，商用成熟度业界领先。KS10000 V2版本又在以下3个方面做了深度优化：一、支持基于3D Xpoint的NVDIMM技术，性能有数量级的提升同时免去cache保护的电池组；二、支持基于硬件的纠删码技术，硬盘利用率从传统三副本的33%提升到67%，存储成本几乎降了一半而性能不受损；三、支持CEPH虚拟化，在小型化场景可以在单台设备上部署CEPH，在大型分布式场景可以将富裕的CPU等资源通过虚机方式共享给其他业务。

性能提升：硬件加速技术

　　大视频、5G、AR/VR、人工智能、车联网，新的业务模式层出不穷，用户对流量的需求永无止境，要求电信设备具备超高的性能、毫秒级时延、端到端的QoS保证。构建于通用x86处理器之上的NFV问题凸显，如计算资源消耗极大、数据转发能力变弱、I/O接口无法达到线速、时延大抖动大等。

　　NFV的性能问题成为制约其规模商用的重要因素，NFV加速技术成为关键选项。

　　目前NFV已经采用了一些加速技术，如DPDK、FDio、SRIOV等，但这些技术或多或少存在缺陷。中兴通讯对多种硬件加速技术深入研究并逐步应用到商用实践，推出了基于FPGA、GPU、Intel QuickAssist的硬件加速卡，同步预研基于自研芯片400G网络处理器的加速方案（见图2）。

　　业务丰富、性能高是中兴通讯硬件加速的两大特点。方案支持各种应用场景，如OVS转发加速、EPC媒体面加速、SFC业务链的NSH报文头加速、DPI深度报文检测加速、音视频转码加速、IPSEC安全加速、TCAM查表加速、人脸识别加速等，平均性能提升了5倍~10倍，具备极高的商用价值。

　　兼容与开放是中兴通讯硬件加速的基本设计原则，消除供应商锁定。方案遵循ETSI规范，兼容整个NFV体系，加速能力被MANO可见可管，既可以构成独立的加速资源池也可以与通用设备共存，既可以给中兴通讯自己的APP使用也可以开放给第三方APP使用，虚拟网元VNF可以在加速资源池和通用资源池之间自由弹缩。

绿色节能：液冷散热技术

　　绿色节能是数据中心永恒的主题。1台服务器3年所消耗的电力成本会超过服务器的采购成本。从IT机房电力分配看，服务器等硬件设备约占电能总能耗的50%，制冷系统占40%，电源与照明系统占10%。

　　降低服务器的功耗一直是芯片厂家和整机厂家的工作重点。CPU支持自动降频与休眠技术；电源选用“80 Plus”铂金、钛金等级，效率已达95%；风扇选用高效率的双段式对转风扇；温度传感器的海量部署、风速的智能控制……可以说针对单个服务器的节能优化措施已近极限。

　　然而制冷系统还存在巨大的改进空间，当前普通机房的能源效率PUE值普遍在1.8~2.5，远远高于PUE的理想值1。中兴通讯研发出不同制式的高效制冷系统：基于微模块的散热系统、基于快插头的水冷散热系统和基于液体相变的浸没式液冷散热系统。

　　浸没式液冷技术方兴未艾，中兴通讯联合业界领先供应商开发了氟化液相变的浸没式液冷设备，用于大功率服务器产品，经过测算PUE值已经小于1.03。实际上在PUE小于1.05后首要的问题是散热系统的机房的适应性。中兴通讯开发的浸没式液冷系统适用性广，充分考虑了当前电信机房的设计标准，如承重、供电、风道、布线、监控等条件，机房无需改造或极小的改造即可部署，同时与传统的风冷设备共存，互不影响。

电信级可靠性：主动安全技术
 
　　借鉴汽车行业，汽车的安全措施分为主动安全（如电子稳定系统ESP）和被动安全（如安全气囊），前者预防事故发生，后者降低事故损失，两者同等重要。

　　电信引入NFV架构后，硬件、虚拟化层、VNF三者串联，安全风险激增。为此NFV也有解决之道：通过云平台的热迁移、重生、快照，通过虚拟网元的备份、弹性、异地容灾等措施实现架构级的可靠性，但这些本质上属于被动安全的范畴。

　　通用硬件在主动安全方面的缺失有着历史渊源。在技术上，受摩尔定律推动，CPU等关键芯片每隔2年就更新换代，通用服务器的生命周期只有3年左右；在应用上诸多IT用户群更关注其他因素如性价比。

　　下一代NFV硬件的主动安全问题迫切需要改善。随着半导体工艺进入纳米级别，硅基材料在5nm产生的“量子隧穿”效应达到了晶体管的物理极限，摩尔定律受到严重挑战，服务器的更新速度也日趋减缓；在应用方面，付费的电信用户对服务体验追求极致，对业务故障难以容忍；同时运营商存在大量的传统机房，有着更苛刻的温度等环境要求、更严格的电磁兼容性和安全要求。

　　中兴通讯有着丰富的电信设备可靠性设计经验，推出了全系列真正具备电信级可靠性的服务器产品、存储和网络产品。产品适应极热、极寒、海滨、沙漠、地震带等极端自然环境，适配从中心机房到边缘机房到集装箱式机房等多种场景，保证设备在5—10年整个生命周期5个9的可靠性，为运营商NFV的实施、推广提供主动安全保障。

　　技术演进生生不息，第一代NFV以通用硬件为基础实现了软硬解耦和快速商用，完成了历史使命。而下一代NFV硬件要立足长远，中兴通讯基于对电信行业的深刻理解引入了硬件4大关键技术：软件可定义基础设施、硬件加速技术、液冷散热技术和主动安全技术，使NFV硬件具备更灵活的架构、更高的性能、更低的能耗和更高的可靠性，助力NFV进入全新的发展阶段。