实测100G RDMA网卡，基于Corundum架构
传统的TCP/IP技术在处理数据包时需要通过操作系统及其他软件层，导致数据在系统内存、处理器缓存和网络控制器缓存之间频繁复制，增加了服务器CPU和内存的负担，尤其是在网络带宽、处理器速度与内存带宽不匹配时，网络延迟会进一步加剧。RDMA技术通过将数据处理从CPU旁路并卸载到硬件来实现低时延和高带宽特性。基于这一研究背景，介绍一种具备RDMA功能的FPGA网卡实现方案—RNIC。本方案以Corundum开源高性能原型平台为基础，实现了100Gbps的RoCEv2网络协议栈卸载加速；在保留Corundum原
传统的TCP/IP技术在处理数据包时需要通过操作系统及其他软件层，导致数据在系统内存、处理器缓存和网络控制器缓存之间频繁复制，增加了服务器CPU和内存的负担，尤其是在网络带宽、处理器速度与内存带宽不匹配时，网络延迟会进一步加剧。RDMA技术通过将数据处理从CPU旁路并卸载到硬件来实现低时延和高带宽特性。
基于这一研究背景，介绍一种具备RDMA功能的FPGA网卡实现方案—RNIC。本方案以Corundum开源高性能原型平台为基础，实现了100Gbps的RoCE v2网络协议栈卸载加速；在保留Corundum原生PCIe DMA引擎等组件的基础上，通过精准的拆分设计、逻辑耦合和路径复用，将RoCE v2网络协议栈嵌入到以太网网卡设计中。方案支持单边RDMA READ和RDMA WRITE操作、双边SEND/RECV操作以及立即数操作，提供Back-to-N的重传机制保障数据传输完整性的同时提供了可达256的Outstanding能力，并支持基于DCQCN算法的拥塞控制机制为本方案在数据中心等场景的大规模部署提供保障。实测RNIC能够实现低至4us左右的硬件端到端延迟以及高达96Gbps的吞吐量。
我们实现的100G RDMA网卡具体指标和性能如下：
测试场景及拓扑连接图如下。
TCP测试结果如下。
TCP性能表现：在Linux系统环境下，端到端连接拓扑，当MTU=9214B且未进行多核优化时，本方案的iperf TCP带宽可达59.7G bps；CPU占用率约为12%；TCP/IP协议的延迟普遍在100–200微秒之间。
TCP测试分析：性能开销主要集中在内核协议栈的系统调用、内存拷贝、协议处理及中断处理等方面。这些开销占用了大量的CPU资源，增加了数据延迟。
RDMA测试结果如下。
RDMA性能表现：在Linux系统环境下，相同测试拓扑，使用配套驱动程序和应用程序发送RDMA命令进行测试。本方案的RDMA网卡实测单边RDMA语义读写带宽可达96.28G bps；CPU占用率不超过0.3%；硬件端到端读写延迟低至约4us。
RDMA测试分析：当消息大小大于8KB时，系统吞吐量可以接近满带宽，而当消息较小时，吞吐量会显著下降。原因一方面是数据帧帧头开销占比上升导致有效带宽下降，另一方面在于硬件设计无法支撑更高的消息速率。时延会随消息大小出现近似线性的增长，最大的延迟花费在PCIe链路和网络链路上，硬件的处理开销占比很小。
通过比较以太网和RDMA的测试结果可以看出，在相同的硬件条件下，使用RDMA技术的网卡可以拥有更高的网络带宽和更低的传输时延。对于云服务、数据中心等具有高吞吐量需求的网络业务场景，RDMA技术更能满足实际需求，能够充分解放处理器资源，提高带宽，降低成本。
以下视频详细介绍实际测试情况：https://mpvideo.qpic.cn/0bc32yadgaaacqaeudjtpfsvbvwdgplaamya.f10002.mp4?
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