最新のネットワーク環境では、ネットワークインターフェースコントローラー 単なるポート アダプタをはるかに超えて進化しています。現行世代では、高度なオフロード、マルチキュー機能、仮想化サポート、ハードウェア アクセラレーションが提供され、高スループット、低遅延、安全なデータ パスの要求に応えます。
ネットワーク インターフェイス コントローラー (NIC) は、コンピューターまたはデバイスをネットワーク (通常はイーサネットまたはファイバー経由) に接続する (カード、チップ、またはモジュール上の) ハードウェア コンポーネントです。物理層とデータ リンク層を処理し、ホストとネットワーク メディア間の変換を行います。
特にサーバー、データセンター、または高パフォーマンスのシナリオにおける最新の NIC には、オフロード エンジン、仮想化サポート、複数のキュー、パケット フィルタリング、暗号化などの一連の高度な機能が含まれています。
以下は、ハイエンド NIC で表示される可能性のあるパラメータの種類を示すサンプル仕様表です。
| パラメータ/機能 | 代表的な仕様 | 備考・特典 |
|---|---|---|
| ポート速度 | 1プレイス / 10プレイス / 25プレイス / 40プレイス / 100転送 | リンク帯域幅と一致する |
| ホストへのインターフェース | PCIe Gen3 x8 / Gen4 x16 / Gen5 | 内部スループットを決定します |
| オフロードエンジン | TCP/IPチェックサム、TSO/LSO、RDMA、iWARP、RoCE | CPU負荷を軽減します |
| マルチキュー / RSS / MSI-X | 8/16/64尾 | パケット処理を並列化します |
| 仮想化のサポート | SR-IOV、PV-LAN、NVGRE、VXLAN オフロード | 仮想ネットワークの分離を有効にする |
| バッファサイズ | 4MB / 8MB / 最大64MB | トラフィックの急増をスムーズにします |
| セキュリティ機能 | IPsec オフロード、MACsec、TLS アクセラレーション | ハードウェアレベルの保護 |
| 信頼性・規格 | IEEE 802.3、RoHS、FCC、CE、MIL-STD | コンプライアンスと耐久性 |
これらの機能は、要求の厳しいネットワーク負荷、データセンター、またはクラウド インフラストラクチャを対象としたハイエンド NIC 仕様を表しています。
アプリケーションが 4K/8K ビデオ、AR/VR、リアルタイム分析、AI 推論クラスター、分散ストレージに移行すると、ネットワークのボトルネックが容易に発生します。 CPU は常に高いパケット レートを処理できるわけではないため、オフロードとハードウェア アクセラレーションが不可欠になります。
最新の NIC は、チェックサム、セグメンテーション、暗号化、プロトコル処理などのタスクをオフロードして、アプリケーション ロジック用の CPU サイクルを解放できます。これがないと、ネットワーク負荷が高くなるとホスト CPU がボトルネックになります。
クラウド環境では、複数の仮想マシンまたはコンテナが物理 NIC を共有します。 SR-IOV などのテクノロジーにより、単一の NIC で複数の仮想機能 (VF) を提供できるため、仮想化のオーバーヘッドと遅延が削減されます。
暗号化、安全なトンネル、認証は、ますますライン レートで処理する必要があります。暗号化または MACsec サポートが組み込まれた NIC により、パフォーマンスを損なうことなくセキュリティが向上します。
データセンターは、25 / 50 / 100 GbE、分離されたアーキテクチャ、および緊密に統合されたネットワーク ファブリックに移行しています。将来のプロトコルの拡張とサポートが可能な NIC を選択することは、早期の陳腐化を避けるために重要です。
このセクションでは、重要な質問と戦略について、目標に合わせて NIC を展開する方法を説明します。
帯域幅とポートの種類: NIC が目的のリンク速度 (例: 1 / 10 / 25 / 40 / 100 GbE) をサポートしていることを確認します。
PCIe インターフェイスとバス幅: NIC の機能とホスト インターフェイスの不一致により、パフォーマンスが低下する可能性があります。
オフロードと高速化機能: 必要に応じて、TCP、UDP、暗号化、圧縮オフロードをサポートする NIC を選択します。
キューの深さと並列処理: キューの数が増えると、コア間の負荷が分散されます。
仮想化サポート: VM またはコンテナーを含む環境では、SR-IOV、VF/仮想スイッチの統合が重要です。
信頼性と標準: 認証、環境耐性、エラー修正、ベンダー サポートが重要です。
ソフトウェア エコシステムとドライバー: OS (Linux、Windows、BSD など) および管理ツール (DPDK、RDMA スタックなど) との互換性。
セキュリティ機能: ハードウェア暗号化、MACsec、セキュア ブート、分離機能。
コストと TCO の比較: NIC の初期コストは高くなりますが、CPU サイクル、電力、将来のアップグレードを節約できます。
NICをワークロードに一致させる
単純なファイル転送の場合は、基本的な NIC で十分な場合があります。リアルタイムまたは高 IOPS 負荷の場合は、高度なオフロードを備えた NIC を使用します。
NUMA の認識と拘束力
マルチソケット システムでは、NIC を CPU に合わせます。割り込み、キュー、ワーカー スレッドを適切に固定して、NUMA 間のレイテンシーを最小限に抑えます。
割り込み合体とチューニング
割り込みの緩和を調整して、レイテンシーとスループットのバランスをとります。
キューステアリングとRSSハッシュ
Receive-Side Scaling (RSS) または Flow Director を使用して、フローをコアにインテリジェントにマッピングします。
ファームウェアとドライバーのアップデート
バグ修正、パフォーマンス向上、セキュリティ パッチのために、NIC ファームウェアとドライバーを最新の状態に保ちます。
監視と遠隔測定
キューの深さ、ドロップ、PCIe エラー、温度、使用率に関するメトリクスを収集して、異常を早期に発見します。
NIC は、P4、FPGA、または ASIC ロジックを使用してネットワーク全体またはストレージ スタックをオフロードするプログラマブル アクセラレータ (SmartNIC) に進化しています。
将来の NIC では、ネットワーキング、ストレージ (NVMe over Fabric など)、およびセキュリティ プリミティブ (TLS、DPI) が統合されたデータ プレーンに組み合わされることになります。
速度の向上 (400 GbE、800 GbE、1.6 TbE) に伴い、NIC 設計は帯域幅、PCIe レーン、冷却、および電力を拡張する必要があります。
ベアメタルおよび非集約アーキテクチャにより、NIC はスイッチング、オーバーレイ ネットワーク、およびファブリック オーケストレーションのための新しい抽象化レイヤーをサポートするようになります。
NIC 上の ML 推論、スマート パケット分類、異常検出により、遅延が削減され、中央サーバーの負荷が軽減されます。
オンボード (統合) NIC と個別 NIC の違いは何ですか?
統合型 NIC はマザーボードまたは SoC に組み込まれており、一般的な使用には十分です。通常、個別の NIC (アドイン カードまたはモジュール) は、より高いパフォーマンス、より多くの機能、およびアップグレードの柔軟性を提供します。
SR-IOV は仮想化パフォーマンスをどのように向上させることができますか?
SR-IOV を使用すると、NIC がデータ パス上のハイパーバイザーをバイパスして、複数の仮想機能 (VF) をゲスト VM に提供できるようになります。これにより、VM にハードウェアへのネイティブに近いアクセスが提供され、オーバーヘッドと遅延が軽減されます。
要約すると、NIC はもはや単なるアダプターではなく、最新のネットワーク インフラストラクチャで中心的な役割を果たすインテリジェントで高性能のエンドポイントです。スループット、効率、セキュリティを最大化するために、特に需要の高い環境では、慎重に選択して導入する必要があります。将来は、プログラム可能な SmartNIC、統合された機能、統合されたデータ プレーンの高速化を目指しています。テレフォークは、最新のネットワークにおけるパフォーマンス、柔軟性、寿命を最適化した次世代 NIC 製品ラインを提供します。詳細について、またはご使用の環境への導入について議論するには、お問い合わせ今日。
