Contact UsHEIDELBERG, den 29. Juli 2022. NEC Laboratories Europe, Axbryd und die römische Universität Tor Vergata erhalten weiterhin höchste Anerkennung für die Verbesserung der Effizienz von Cloud-nativer Netzwerkplattformen. Diese basiert auf der preisgekrönten Publikation „hXDP: Efficient Software Packet Processing on FPGA NICs“ (hXDP: Effiziente Verarbeitung von Netzwerkpaketen in Software auf FPGA-Netzwerkadaptern), die in den Communications of the ACM, dem Magazin der Association of Computer Machinery, veröffentlicht wurde.
Zu den wichtigsten Antriebskräften für Cloud-nativen Lösungen gehört die wachsende Rechenleistung von Mehrzweckprozessoren (CPUs), die Hardware- und Software-Virtualisierung, sowie sinkende Hardwarekosten. Doch trotz aller Fortschritte wächst die Netzwerkauslastung derzeit schneller als die CPU-Leistung. Das wiederum schadet der Wirtschaftlichkeit von Cloud-nativen Lösungen.
Um dieses Problem zu lösen, setzen Software- und Technologieanbieter für spezielle Aufgaben optimierte Hardware-Beschleuniger ein. Diese sind für Netzwerk-Arbeitslasten mit hohem Durchsatz und geringer Latenz konzipiert und verbessern zudem die Energieeffizienz von Rechenzentren. Die heute verfügbaren Hardware-Beschleuniger sind allerdings noch unvollkommen – jeder kommt mit seinem eigenen Programmiermodell und Funktionsumfang. Außerdem ist die Integration in bestehende Netzwerkplattformen kostspielig und zeitaufwändig.
hXDP ermöglicht es, dass Hardware-Beschleuniger mit FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), die gleiche Sprache sprechen, wie Allzweckprozessoren (CPUs). Die hXDP-Technologie wurde auf der USENIX OSDI'20, einer der renommiertesten Konferenzen für Informatik, mit dem "Jay Lepreau Best Paper 2020“-Preis ausgezeichnet. Sie ermöglicht die Nutzung von FPGA-basierter Hardware-Beschleuniger von normalen Linux-Programmen ohne komplexe, hardwarespezifische Programmiersprachen.
Dies ist vor allem im Hinblick auf Edge Computing Szenarien von Bedeutung. Edge Computing ist eine wichtige Kernfunktion zukünftiger Cloud-Umgebungen, bei der die Daten am Rande der Cloud, möglichst nah an ihrem Ursprungsort verarbeitet werden.
Um Cloud-Lösungen Edge-fähig zu machen, setzen viele führende Anbieter von Cloud-basierten Technologien auf eBPF, eine neue Linux-basierte Netzwerktechnologie. eBPF kann jedoch nur auf CPUs ausgeführt werden und nicht ohne weiteres domänenspezifische Beschleuniger nutzen. Mit hXDP kann diese Einschränkung nun überwunden werden. Roberto Bifulco, Leiter der Abteilung Intelligent Software Systems bei NEC Laboratories Europe, sagt: „hXDP verändert unseren Umgang mit Hardware in Netzwerkplattformen. Anstatt jede Anwendung an neue Hardwareplattformen anzupassen, können wir sie mit hXDP nun automatisch übersetzen. Damit können Hardware-Beschleuniger effizient und mit maximaler Geschwindigkeit genutzt werden.“
hXDP gewährleistet einerseits die Kompatibilität zwischen Linux-Netzwerkanwendungen und domänenspezifischer Hardware und nutzt andererseits die Vorteile von Netzwerkbeschleunigern. Zum Beispiel kann hXDP die Verarbeitungslatenz von Netzwerkdaten um den Faktor 10 der Zeit reduzieren, die ein Netzwerkpaket normalerweise benötigt, um zur Infrastruktursoftware vermittelt zu werden, um dann den eigentlichen Verarbeitungsprozess zu starten. Auf diese Weise lässt sich die Leistung von Anwendungen mit Echtzeitverarbeitung wie z. B. Augmented und Virtual Reality oder die Steuerung unbemannter Luftfahrzeuge erheblich verbessern. Bifulco fährt fort: „hXDP ist ein Schlüsselbaustein, um solchen Geräten das Auslagern der Berechnungen auf Edge-Computing-Infrastrukturen zu ermöglichen.“
Auch für die technische Entwicklung in Industrie- und Forschungsorganisationen ist hXDP von Bedeutung. In Verbindung mit eBPF kann hXDP nahtlos in DevOps-Pipelines integriert werden und so sicherstellen, dass Entwicklungsprozesse nicht gestört werden. Bifulco erläutert: „Stellen Sie sich vor, Sie müssten eine Neuerung in Ihre Entwicklungsumgebung integrieren, die sich auf Ihre Programmiersprache, ihr Programmierkonzept und alle nachgelagerten Programme auswirkt. Sie müssen sämtliche Tests neuschreiben – und alles andere auch. Mit eBPF und hXDP entfällt dieser Aufwand bei Entwicklungen für diese neuen Infrastrukturen und Datenverarbeitungseinheiten.“
Im Jahr 2020 wurde ein Prozent des weltweiten Strombedarfs von Rechenzentren verursacht. In einigen Ländern wird dieser Anteil bis 2030 voraussichtlich noch steigen. hXDP kann den Stromverbrauch durch eine schnellere Einführung effizienterer Hardware reduzieren. Das wiederum senkt den Bedarf an physischer Infrastruktur und verbessert insgesamt die Effizienz und die CO2-Bilanz von Rechenzentren und Technologieherstellern.
Kamiya, G./Kvarnström, O. (2019): Datenzentren und Energie –von globalen Schlagzeilen zu lokalen Problemen? Internationale Energieagentur. URL: https://www.iea.org/commentaries/data-centres-and-energy-from-global-headlines-to-local-headaches.
Informationen zu NEC Laboratories Europe GmbH
NEC Laboratories Europe widmet sich der Forschung und Entwicklung modernster Technologien zur Schaffung innovativer gesellschaftlicher Lösungen. Zu den Forschungsschwerpunkten von NEC Laboratories Europe in Heidelberg gehören künstliche Intelligenz, Blockchain-Sicherheit, 5G- und 6G-Netzwerke sowie IoT-Plattformen. Diese Technologien fördern die Lösungen der NEC Group für eine bessere Gesellschaft in den Bereichen digitale Gesundheit, sicherere Städte, öffentliche Dienstleistungen und Kommunikationsinfrastruktur.
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Informationen zu NEC Europe Ltd.
NEC Europe Ltd. ist eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der NEC Corporation, einem führenden Unternehmen in der Integration von IT-Netzwerktechnologien, von denen Unternehmen und Menschen auf der ganzen Welt profitieren. NEC Europe Ltd. baut auf seinem Erbe und seinem Ruf für Innovation und Qualität auf, indem es sein Know-how, seine Lösungen und Dienstleistungen einem breiten Spektrum von Kunden zur Verfügung stellt, von Telekommunikationsbetreibern bis hin zu Unternehmen und dem öffentlichen Sektor.
Weitere Informationen finden Sie auf der NEC Europe Ltd. Homepage unter: http://uk.nec.com/
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