即将一统天下的OCP NIC 3.0及其未来

乐生活与爱IT 编者按：

昨天在《OCP最成功的项目是什么？许多数据中心硬件从业者都会和它打交道》曾提到：OCP最成功的项目是NIC 网络接口卡。

提炼该文的几个要点：

1、OCP NIC之前，通过PCIe插槽连接出去的高速网络接口(如LOM卡)形态各异，无法兼容；甚至同一个服务器厂家的LOM卡都无法兼容自身的所有服务器型号

2、减少这些大型互联网厂家在硬件设备投入上的费用，并减少设备维护的成本

3、早在2012年就启动了OCP NIC项目

4、OCP NIC 3.0在2017年启动，采用了大卡（LFF）和小卡（SFF, 更受欢迎）两种尺寸，维护可不开机箱盖；在物理形态和电气性能符合了绝大多数用户的需求

5、其它插卡上或将复制OCP NIC 3.0的成功, 如RAID卡, 加速卡, Re-timer, External Memory等组件

6、标准化的硬件设备可以拓宽采购渠道、降低硬件成本、更快地使用上最新的技术。但从另一个方面来说，硬件的标准化和白牌化会压缩OEM厂家的利润空间，迫使这些厂家向软硬件融合的方向发展。正如最近几年大热的SmartNIC，硬件只是载体，软件才是其灵魂。总的来看，随着OCP的蓬勃发展，整个业界生态也在发生着巨大的变化。

本文经作者新华三硬件系统架构师 王博老师 的授权

在Facebook发起的Open Compute Project（OCP）组织里，NIC 3.0（网络接口卡：Network Interface Card）项目可以算是最成功的项目之一。到如今为止，该项目不仅完成了OCP NIC 3.0 Spec V1.0的制定，还获得了业界绝大部分服务器厂家的支持。可以预计，在下一代服务器产品上，OCP NIC 3.0网卡将会是标准的配置项。

         在OCP NIC项目成立之前，服务器主板上也会通过PCIe插槽出高速网络接口，这些能够从主板上提供高速网络接口的卡被统称为LOM（LAN On Motherboard）卡。由于业界没有一个明确的LOM卡标准，因此各个服务器厂家按照自己产品的需要，开发了多种样式的LOM卡，比如mLOM、sLOM、Flex LOM卡等。这些LOM卡形态各异，彼此接口定义也存在差异，使得互相之间无法通用。

对用户而言，这意味着用在HPE服务器上的LOM卡是无法用在Dell服务器上的。更有甚者，同一个厂家的LOM卡，可能只能用在某几款该厂家服务器上，在该厂家其它服务器上则无法使用。这样一来，不仅增加了用户的额外费用投入，还使得设备维护变得更为复杂。

         Facebook在2011年发起OCP组织，其目的就是为了实现开源和开放。通过开放和归一化，可以有效地减少这些大型互联网厂家在硬件设备投入上的费用，并减少设备维护的成本。于是服务器里的LOM卡成为了OCP成员们的目标之一，在2012年就启动了OCP NIC项目。

OCP NIC的发展历程

         OCP NIC项目组最初定义的网卡是扣卡形态（Mezz），并在2015年发布了OCP Mezz v2.0 Spec。OCP Mezz 2.0规范的定义基本是由Facebook主导的，因为这种扣卡形态的网卡在Facebook的Yosemite服务器中大量地使用。然而OCP Mezz 2.0的维护需要服务器机箱开盖维护，灵活性上并不好。因此，除了Facebook大量使用之外，其它服务器厂家使用得较少。

OCP Mezz 2.0形态

         在吸取了OCP Mezz 2.0的经验教训之后，从2017年开始，OCP NIC项目组开始定义新一代的网卡。OCP NIC 3.0采用了大卡（LFF）和小卡（SFF）两种尺寸规格，通过拉手条或螺钉从面板上插入服务器机箱中，实现机箱不开盖维护。信号速率从PCIe Gen4起步，可以支持到PCIe Gen5，提供x16和x32两种PCIe接口带宽，并改善了NIC卡的散热性能。

OCP NIC 3.0两种形态前维护插卡

         OCP NIC 3.0规范明确了SFF和LFF网卡的尺寸规格，并借用了SFF-TA-1002规范中定义的“4C”和“4C+”这两种规格的连接器，作为NIC 3.0与服务器主板联接的接口。“4C”和“4C+”这两个金手指连接器分别支持16个PCIe Lane，在“4C+”连接器的OCP Bay区域提供了管理、控制和Multi-Host PCIe状态信号定义。这样一来，OCP NIC 3.0在物理形态和电气性能不仅满足了Facebook的要求，也符合了绝大多数服务器用户的使用需求。

SFF和LFF的OCP NIC 3.0框图

         为使用SFF OCP NIC 3.0网卡，Facebook对应地修改了其Yosemite服务器设计，使得SFF OCP NIC 3.0网卡可以从Yosemite Sled前面板直接插入进去。关于Facebook下一代服务器的相关信息，在​​Facebook基于Intel Cooper Lake Xeon平台的下一代服务器揭秘​​一文中有详细介绍。

         对OCP NIC 3.0网卡在业界的接受程度，OCP社区在今年1月份的时候进行了一番调研。从调研结果来看，由于SFF规格NIC 3.0的尺寸较小，在服务器机箱中不会占用太多的空间，因此在业界受欢迎的程度较高。绝大部分服务器厂家在下一代服务器中都会支持OCP NIC 3.0，并且这些NIC卡将会在今年下半年陆续推向市场。

OCP社区对NIC 3.0网卡业界接受度的调研结果

         不论是LFF还是SFF的OCP NIC 3.0网卡，都可以支持多种端口规格。2个QSFP端口、4个SFP端口、4个RJ45 10GBase-T端口，考虑到Facebook的用量和ODM/OEM服务器厂家对OCP NIC 3.0的支持，这些不同端口类型的NIC 3.0网卡在接下来的几年里必将充斥在市场的各个角落。

SFF形态的OCP NIC 3.0多种规格

         Intel在网卡市场上一直占有较多的份额，对于OCP NIC 3.0规范，Intel一样是大力支持，在2019年的时候就展出过一系列的SFF NIC 3.0网卡实物。

Intel一系列OCP NIC 3.0实物

         在这里还想多提一句，OCP NIC 3.0网卡与主板相连的“4C”和“4C+”金手指连接器有两种规格，分别为Right Angle形态和Straddle Mount形态。根据服务器内部设计的不同，这两种形态的金手指连接器都有其使用场景。正是因为OCP NIC 3.0网卡未来会有大规模的销量，所以各个连接器厂家都已准备好在“4C”和“4C+”连接器上发力了。

OCP NIC 3.0 Right Angle和Straddle Mount连接器

         OCP NIC 3.0规范的成功大大激励了该项目组的成员，他们开始进一步地考虑拓展该规范的覆盖面。对于PCIe Gen4 x16带宽（～64GB/s），OCP NIC 3.0网卡上最多只能提供2个QSFP28端口或4个SFP28端口。

支持QSFP-DD的OCP NIC 3.0

当PCIe速率提升到32Gbps（Gen5）时，x16带宽将会达到128GB/s，此时在NIC卡上可以支持4个QSFP28端口，也就是可以支持QSFP-DD28 Form Factor。这样一来，双高的OCP NIC 3.0网卡可以提供更大的带宽、支持更高的功率模块。

PCIe Gen4/5/6对应的速率和带宽

         支持QSFP-DD28 Form Factor还只是一小步，项目组更大的愿景是在服务器机箱内部的其它插卡上复制OCP NIC 3.0的成功。RAID卡是存储型服务器里的一个重要插卡，用于管理服务器里的磁盘阵列，实现数据的冗余备份存储。和之前的LOM卡一样，目前服务器里的RAID卡也是由各个服务器厂家自行开发的，没有统一的标准。如果能够借鉴OCP NIC 3.0的经验，制定OCP RAID Spec，则有助于标准化服务器里面的RAID卡。这一设计思想还可以进一步扩展到Re-time卡、各类计算加速卡和外部存储卡上。

在其它插卡上复制OCP NIC 3.0的成功

         为了保证各个厂家开发的OCP NIC 3.0具有互换性，OCP NIC 3.0小组还在协商确定一致性认证流程，明确NIC 3.0卡的测试验证方法，确保用户购买的NIC 3.0卡可以即插即用。

OCP NIC 3.0规范一致性认证

总 结

开放合作一直是OCP组织的宗旨，OCP NIC 3.0 Spec的推出正是这一宗旨的最佳体现。对于普通用户和大型数据中心用户而言，标准化的硬件设备可以拓宽采购渠道、降低硬件成本、更快地使用上最新的技术。但从另一个方面来说，硬件的标准化和白牌化会压缩OEM厂家的利润空间，迫使这些厂家向软硬件融合的方向发展。正如最近几年大热的SmartNIC，硬件只是载体，软件才是其灵魂。总的来看，随着OCP的蓬勃发展，整个业界生态也在发生着巨大的变化。