Contact UsHEIDELBERG, Germania, 28 luglio 2022 – NEC Laboratories Europe, Axbryd e l'Università di Roma Tor Vegata hanno ricevuto un nuovo importante riconoscimento per la tecnologia hXDP, che migliora l'efficienza delle piattaforme di rete cloud native. I risultati di ricerca relativi ad hXDP sono descritti nell’articolo "hXDP: Efficient Software Packet Processing on FPGA NICs”, che è stato selezionato come uno dei research highlights (ricerca di rilievo) dalla rivista di punta dell'Association of Computer Machinery, Communications of the ACM.
I fattori abilitanti per le soluzioni native cloud includono la crescita della potenza di calcolo dei processori (CPU), la virtualizzazione hardware e software e la riduzione dei costi dei componenti hardware. Eppure, nonostante questi progressi, i carichi di lavoro collegati alla gestione del traffico di rete crescono più velocemente dei miglioramenti delle prestazioni dei processori, il che mette a rischio la fattibilità delle soluzioni native cloud.
Per superare il problema, i fornitori di software e tecnologia hanno cominciato ad implementare acceleratori hardware, progettati per eseguire solo specifiche operazioni, per esempio per gestire il traffico di rete, ma ad alta efficienza energetica e bassa latenza. Tuttavia, gli attuali acceleratori hardware sono una soluzione imperfetta: ogni acceleratore ha il suo modello di programmazione, le sue proprie funzionalità, e l'integrazione nelle piattaforme di rete esistenti è costosa e richiede tempo.
hXDP risolve questo problema consentendo agli acceleratori di hardware che utilizzano FPGA (field programmable gate array) di parlare la stessa lingua delle CPU. Vincitrice del Jay Lepreau Best Paper Award 2020 a USENIX OSDI'20, una delle conferenze più prestigiose in ambito informatico, la tecnologia hXDP consente agli sviluppatori di utilizzare acceleratori hardware di tipo FPGA NIC (a volte chiamati anche Infrastructure Processing Unit, IPU, o Data Processing Unit, DPU) con normali programmi per piattaforme Linux, senza affidarsi a linguaggi di programmazione specifici per un solo acceleratore hardware.
Ciò è particolarmente rilevante se si considerano gli scenari di edge computing. L'edge computing è un modello fondamentale per l’evoluzione del cloud computing, che consente l'elaborazione dei dati ai margini della una rete, il più vicino possibile alla sorgente dei dati (ed agli utenti).
Per portare le soluzioni cloud al “edge”, molti dei principali fornitori di tecnologia basata su cloud stanno adottando eBPF, una nuova tecnologia di rete basata su Linux. Tuttavia, eBPF può essere eseguito solo su CPU e non può sfruttare facilmente acceleratori hardware. hXDP supera esattamente questa limitazione, consentendo l’esecuzione di programmi eBPF su acceleratori hardware. Roberto Bifulco, responsabile del gruppo di ricerca Intelligent Software Systems presso NEC Laboratories Europe, ha affermato: “hXDP trasforma il modo in cui gestiamo l'hardware in piattaforme di rete. Invece di adattare ogni applicazione per utilizzare le caratteristiche specifiche delle nuove piattaforme hardware, utilizziamo hXDP per tradurre automaticamente le applicazioni per l’esecuzione sul nuovo hardware. Le applicazioni possono quindi utilizzare gli acceleratori hardware in modo efficiente e alla massima velocità".
hXDP offre compatibilità tra le applicazioni di rete Linux e gli acceleratori hardware per le reti, ed in aggiunta consente di beneficiare delle specifiche caratteristiche degli acceleratori di rete. Ad esempio, hXDP può ridurre la latenza di elaborazione per il traffico di rete, riducendo di un fattore 10 il tempo impiegato da un pacchetto di rete per raggiungere le applicazioni software. Ciò migliora notevolmente le prestazioni delle applicazioni che richiedono l'elaborazione in tempo reale, come la realtà aumentata e virtuale ed il controllo di veicoli aerei senza pilota.
Bifulco aggiunge: "hXDP è un elemento fondamentale per consentire a questi dispositivi di affidare le computazioni più complesse ad una infrastruttura di edge computing remota".
hXDP ha anche un modello di sviluppo sinergico con il modo in cui l'industria gestiscono lo sviluppo software. Infatti hXDP può essere perfettamente integrato nelle pipeline DevOps, assicurando un consistente modello di sviluppo fra software ed hardware. Prosegue Bifulco, “Quando si introduce qualcosa di nuovo in un ambiente di sviluppo, cambiando linguaggi e modelli di programmazione, si richiede di cambiare tutti gli strumenti a valle e di fare nuovo training dei tecnici. Bisogna riscrivere i test di affidabilità – e tutto il resto. Utilizzando eBPF ed hXDP, ciò non accade. Si possono integrare gli acceleratori hardware di rete mantenendo l’ambiente di sviluppo esistente".
Nel 2020, i data center rappresentavano l'1% della domanda globale di elettricità; in alcuni paesi si prevede che questo valore aumenti significativamente entro il 2030. hXDP contribuirà a compensare il consumo di elettricità accelerando il processo di adozione di hardware più efficiente. Ciò ridurrà la necessità di aumentare il numero di dispositivi nell'infrastruttura, migliorando l'efficienza dei data center e riducendo l’impatto complessivo sui gas serra dei data center e dei produttori di tecnologia.
Kamiya. G, Kvarnström. O. 2019. Data center ed energia – dai titoli globali ai mal di testa locali? Agenzia Internazionale dell'Energia. URL: https://www.iea.org/commentaries/data-centres-and-energy-from-global-headlines-to-local-headaches
Informazioni su NEC Laboratories Europe GmbH
NEC Laboratories Europe ricerca e sviluppa tecnologie all'avanguardia per creare soluzioni innovative. Con sede a Heidelberg, in Germania, le principali aree di ricerca di NEC Laboratories Europe includono intelligenza artificiale, sicurezza e blockchain, reti 5G e 6G e piattaforme IoT. Queste tecnologie promuovono lo sviluppo di soluzioni da parte delle compagnie del Gruppo NEC in campi come Digital Health, Safer Cities, Digital Government e infrastrutture di comunicazione.
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