利用 nanoPU 实现反射平面

许多近期论文已展示使用可编程交换机进行快速网内计算，其速度比 CPU 快多个数量级。为交换机编写软件的主要限制在于受限的编程模型与有限的状态。在本文中，我们探究一种名为 nanoPU 的新型 CPU 是否提供了一个有用的中间方案：具备熟悉的 C/C++ 编程模型，单芯片上可能达到每秒数太比特的数据包处理量，且 RPC 响应时间小于 1 $\mu$s。为评估 nanoPU，我们原型实现并基准测试了三种常见网络服务：基于 nanoPU 的数据包分类、网络遥测报告处理以及共识协议。每项服务均在 AWS 上的 FPGA 中使用周期精确仿真进行评估。我们发现，数据包分类速度比最先进方法快 2$\times$，INT 报告处理比最先进方法快一个数量级以上。我们运行于 nanoPU 上的生产级 Raft 共识协议，在 3 $\mu$s 内写入一个三路复制的键值存储（MICA），比最先进方法快一倍，其 99% 尾延迟仅为 3.26 $\mu$s。为理解这些服务如何组合，我们研究了一个{\em 网络反射平面}的设计与性能，该平面旨在数微秒内处理遥测数据、做出快速控制决策并更新一致的复制状态。