デジタル環境は、データレートの急上昇、複雑なワークロード、クラウドネイティブアーキテクチャの台頭により急速に進化しており、ネットワーク需要はかつてないほど急速に拡大しています。最新のネットワークには、10Gから100Gを超える速度までシームレスに拡張できるスケーラブルなSmartNICが必要であり、効率的な帯域幅処理と高額なハードウェアアップグレードの回避を実現します。これらのSmartNICは、計算負荷の高いタスクをオフロードし、CPUパフォーマンスとシステム効率を向上させるため、インフラストラクチャの将来性を確保し、ROIを最大化するために不可欠です。SmartNICテクノロジーは、ポートあたり40Gbpsから、現在では最大200Gbps以上をサポートするまでに進化し、200G、400G、800Gイーサネットなどのイーサネット規格に対応し、企業が最新のワークロードに対応する高速でスケーラブルなネットワークを構築できるようにしています。
iW-Fibre SmartNIC: 未来を見据えた設計
iWaveは、多様なデータレート要件に対応できるよう拡張性を備え、次世代ネットワークのパフォーマンス向上を推進する、iW-Fibre SmartNICと呼ばれる強力なSmartNICソリューションを提供しています。
標準とスケーリングマトリックス
| 機能 | 200G | 400G | 800G |
|---|---|---|---|
| モジュレーション | PAM4 | PAM4 | PAM4 |
| レーン | 4 × 50G | 8 × 50Gまたは4 × 100G | 8 × 100G |
| FEC | RSS (544, 512) | RSS (544, 512) | RSS (544, 512) |
| 規格 | IEEE 802.3cd | IEEE 802.3bs | IEEE 802.3df |
| アプリケーションの焦点 | データセンターバックボーン | データセンターバックボーン | AI / MLファブリック、コアスイッチ |
| iW-ファイバー スマートNIC | 100G | 200G | 400G | 800G |
|---|---|---|---|---|
| G51-AFibre-200G | ✔ | ✔ | ✖ | ✖ |
| G43-AFibre-400G | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
G51-AFibre-200G: 中程度のパフォーマンスのワークロードに最適
G43-AFibre-400G: データ中心の高負荷ワークロード向け
アーキテクチャ — スケーラビリティの実現方法
現代のデータセンターでは、進化するネットワーク規格やワークロードへの適応性が求められます。iW-Fibre SmartNICファミリーは、ハードウェアの再設計なしに持続的なパフォーマンス向上を実現する3つのコアとなるスケーラビリティ要素を中心に設計されています。
- マルチレートトランシーバーとPHY/PCS/FEC
Agilex™ 7 SerDesチャネルは、50Gおよび100G PAM4レーンの両方をサポートしており、次のような柔軟な集約構成が可能です。
- 4×50G（200G）
- 8×50G / 4×100G (400G)
- 8×100G（800G）
標準準拠の PCS および FEC ブロック (RS(544,514) を含む) により、IEEE 802.3cd、802.3bs、および 802.3df 標準間での相互運用が可能になり、前方互換性とハードウェアの再利用性が保証されます。
- FPGAデータパス容量と再構成可能性
FPGAファブリックはiW-Fibreのスケーラビリティの中核であり、プログラム可能なパケットパーサー、パイプライン、スケジューラ、アクセラレータを収容しています。より高い帯域幅へのスケーリングは、データパスを拡張し、利用可能なロジックおよびDSPリソースを活用することで実現されます。
このモジュール式の再構成可能性により、システム設計者は、DPDKオフロード、P4処理、セキュリティアクセラレーションなどの特定のワークロードに合わせてアクセラレーションをカスタマイズでき、あらゆる規模でパフォーマンス効率を確保できます。
- スケーラブルなホストインターフェース
PCIe Gen4/Gen5 ×16 接続により、SmartNIC は各構成に十分なホスト帯域幅を保証します。
- 200GはPCIe Gen4で効率的に動作します
- 400Gと800GはGen5または複数のPCIeドメインを活用してバランスの取れたスループットを実現します。
このアーキテクチャにより、データ レートが 2 倍または 4 倍になった場合でも、ホスト通信がボトルネックにならないことが保証されます。
- ソフトウェア定義アップグレード：フィールドプログラマブルな進化
iW-Fibre SmartNICの大きな利点は、現場でのアップグレードが可能な点です。FPGAのビットストリームを再プログラムし、PHY/PCS/FEC構成を更新することで、ハードウェアを再設計することなく、200Gから800Gへの機能拡張が可能となり、エンジニアリングの労力と市場投入までの時間を大幅に削減できます。
現代のワークロード向けに構築
データ需要が急増するデータセンターでは、800Gイーサネットが高速接続とスケーラブルなストレージインフラストラクチャを実現します。ソーシャルメディアプラットフォームは、iW-Fibre SmartNICを使用することで、写真や動画などの膨大なユーザー生成コンテンツを効率的に管理できます。
仮想化とコンテナ化においては、200G/400G/800Gイーサネットを搭載したiW-Fibre SmartNICが、仮想マシンの移行とコンテナ通信において高帯域幅と低レイテンシを実現します。クラウドプロバイダーは、これらを活用することで、仮想化ワークロードの高速化とインフラストラクチャの効率向上を実現できます。
SmartNICの統合とコストの考慮事項
SmartNICはプロセッサとメモリを統合しているため、標準的なNICに比べてコストが高く、多くの場合2～3倍になります。この統合により、カスタムソフトウェアや高度なネットワークサービスをSmartNIC上で直接実行できるようになり、柔軟性とプログラマビリティが向上します。組み込みCPUのみで構築されたソリューションは開発が容易ですが、必要なパフォーマンス、レイテンシ、ジッター特性を実現するのが難しい場合があります。
iWave社のAgilex™ 7 FPGAベースSmartNICは、高度なプログラマビリティ、ハードウェアアクセラレーション、ワークロード固有の最適化を提供することで、これらの課題に対応します。従来のFPGA設計は消費電力が高くロジック密度が低いという欠点がありましたが、iW-Fibre SmartNICは、次世代ネットワーク向けに高性能、拡張性、効率性を兼ね備えたバランスの取れたアーキテクチャを提供します。
拡張性を重視し、将来に対応
SmartNICアーキテクチャが再構成可能なPHY、プログラマブルなFPGAデータパス、スケーラブルなホストインターフェイス、およびモジュール式のオフロードエンジンを中心に構築されている場合、ハードウェアを全面的に交換することなく、200G → 400G → 800Gへの拡張性を実現できます。Agilex ™ 7上のiW-Fibre SmartNICは、このモデルを実証しています。標準規格に準拠したPCS/FECの再利用、検証可能なFPGAリソースの余裕、およびマルチレート拡張性を証明する明確なハードウェアアーティファクトを備えています。
オペレーターにとって、結果は明らかです。一度導入して、その場で拡張し、データプレーンの機能を進化させることで、総所有コストを削減しながら AI 時代のデータセンターのパフォーマンス要求を満たすことができます。
