软硬大轮回,苍天饶过谁

2022-07-15

相较于人体的结构,对于信息产品来说,硬件是身体躯壳,软件是思想灵魂。自从信息产业发展以来,特别是计算机的大规模商用,从信息产品的自身技术和应用场景,作为双驱动共同推进了信息产业的发展。在软件和硬件的发展过程中,我们可以看到有交替迭代发展的特征,类似人类的螺旋双链DNA,相互支撑,盘旋上升。


无论是计算虚拟化,还是网络或存储经过SDX(Software Defined X)等的技术演进,尤其是在最近十几年大云计算规模演进下,数据中心服务器和大规模云计算平台,经过软硬件的这几年磨合,这个特征尤为明显。


以计算虚拟化而言,在以提升CPU利用率和OS多样化的虚拟化需求出来后,经过软件实现的模拟虚拟化、全虚拟化、半虚拟化等,后来X86和ARM都推出了硬件辅助虚拟化,才使得虚拟化技术关注在了特性方面,并使得虚拟化性能和稳定性基本满足了业务当时阶段的诉求,并且开始以VMware等虚拟化厂商的产品开始成熟起来,并得以大规模的商用。


软硬交替发展的特征,在SDN和云计算网络的发展过程中体现的更为明显。


在此之前,数据中心的网络的流量处理,绝大多数主要集中交换机、路由器和防火墙等,少数流量会被以包括服务器协议栈和DPI等形成的软件解析处理能力,这个时候的特点是软件体现了灵活性,硬件则占据了网络的话语权。


随后,随着计算虚拟化和SDN概念的提出,导致网络虚拟化、自动化和创新速度,都对数据流量处理的网元提出了跟多新能力的要求,包括虚拟化能力、规模/规格、自动化管控性能等;但当时的网络设备硬件厂商,面对SDN和云计算网络的促使,也做出了一些努力和改变,比如交换芯片支撑vSwich和vPort等,甚至提出了Trill等技术,但是硬件的迭代速度极大限制了对云计算网络和SDN等诉求的满足,所以为了能够在现有网络硬件上支持云网络/虚拟化,提出了大量Vxlan/NvGRE等Overlay/Underlay技术来屏蔽相关硬件的影响;这些导致大量软件网元的出现,甚至一度SDN中的Software被误认为是指软件网元的含义,而后以服务器 CPU为代表的Intel等在网卡的基础推出了DPDK等来加速CPU指令完成的软件网元,这样软件网元以软件的快速迭代和低成本快速占据了云计算网络的网络虚拟化功能承载体,典型代表是OpenvSwich,并且基于SDN理念定义并支持了一套管控的标准Openflow;这个阶段一直持续到2019年intel收购Barefoot,标志着虚拟网元的支持厂商们开始意识到虚拟网元在性能、稳定性、成本当方面的缺陷,开始致力于硬件网元来满足云计算网络的相关诉求;这个阶段还有三个需要提及的点:


1)包括AWS/Azure/GCP/华为云/阿里云等国内外主流云厂商的基础IAAS服务基本稳定(详见原来分析文章《云计算3.0阶段的格局和破局》,https://www.sdnlab.com/25066.html),基本没有新云服务,网络云服务也是如此;网路特性的稳定,给硬件的pipeline固化处理报文实现提供了可行性,原来处于探索阶段的云网络除了L2BR/L3GW等,其他通过硬件网元来作为VPC 虚拟网元的探索基本都是失败的,包括硬件交换机的TOR NVE;

2)硬件厂商开始投入资本并寻找云计算的人才,来加强相应领域的支撑;前面说的Intel收购Barefoot是一个反应,另外还有英伟达等提出的DPU是另一种通过硬件SmartNic等来卸载网络/存储/安全等能力以实现加速和降成本的方式,并实现管控面的卸载和降成本;第三种则是博通对VMware的收购更是体现了传统网络硬件芯片厂商直接入局虚拟化/云计算的契机判断被认为已经到来;

3)从学术界来说,相关硬件网元来进入云计算网络/存储的研究,其数量相比前几年有极大的提升,可以说以前的云计算网络在硬件方面的研究基本属于如何能被应用的层次,而现在已经处于架构颠覆的研究阶段;谷歌发表在NSDI上的《Aquila: A unified, low-latency fabric for datacenter》和《Hyperion: A Case for Unified, Self-Hosting, Zero-CPU Data-Processing Units》这篇无CPU的DPU的设计探索,是学术界在这些领域比较典型的研究;


所以在当前云计算大背景下,通过软硬件的迭代,极大促进了相关产业的发展和产品的成熟,这个时代已经来临;不过对于云计算相关的各方厂商来说,还是需要注意:


1)首先需要的是,之前由于软件网元导致的软件开发人才尤其是Linux的虚拟化、协议栈、DPDK等领域人才比较受推崇导致很多做传统网络设备的转型到网络虚拟化的软件领域,现在到硬件大举支撑云计算网络的现象又引起原本不被看好的网工被看是被重新推崇,很多云计算厂商开始招聘具有传统网络设备研发经验的人才,这个也符合让专业的人做专业的事这条规律;只是软硬件迭代,并不是对立的,只是此消彼伏、相互支撑的过程,所以人才队伍的储备还是要两方并举,不能压赌注在一方;

2)虽然现在硬件已经逐步开始支撑起云计算领域的各种能力,包括智能网卡/DPU、交换机卸载等已被逐步引入,但在规格、管控性能、研发迭代敏捷性上仍然存在很大差距,这个时候是硬件创业公司的较大风口,但是鉴于云计算的独断性,脱离了云平台的创业公司,在后续发展上,是否能有生存空间和商业模式,仍然不被看好;

3)云计算的发展已经经历了很大一个阶段,现在基本已经被各方面认可,各行业也逐步加大业务上云的粒度,所以云计算成为未来趋势是大家都毫不怀疑的;包括软件开发和硬件设计的各类人才,还是在掌握工具的同时,更加注重行业经验的积累,让编程成为一种工具,让自己的行业技能和经验成为竞争力。


总而言之,信息产业的大变革是当今的云计算,其不仅是一种全新的技术栈,也是新的商业模式,更是加速社会细化分工的捏手,会给我们世界带来巨大的变化;这个过程中,软件发展,硬件加强,相互支撑,螺旋上升,最终软硬融合的形态,将会越来越多。那么这次硬件极速创新的周期又是几年呐?让我们拭目以待。

 李俊武 云技术


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