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Doca

（芯片架構上的數據中心基礎架構開發平台）

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DOCA全稱Data-Center-Infrastructure-On-A-Chip Architecture [1]  ，是一個高度可編程的SDK開發平台工具，在DPU上的軟件開發平台 [3]  。
NVIDIA的DOCA™軟件開發平台使開發人員能夠利用行業標準的API在NVIDIA BlueField數據處理單元（DPU）之上快速創建對網絡，存儲，安全，管理以及AI / HPC的一系列應用程序和服務。 [1-2]  藉助DOCA，通過創建高性能的，軟件定義的，雲原生的，DPU加速的服務，可以對數據中心基礎架構進行編程，從而滿足現代數據中心不斷增長的性能和安全性需求。 [2] 
DOCA將API，驅動程序，庫，示例代碼，文檔和預包裝的容器組合在一起，幫助用户快速開發在DPU上運行的數據中心服務，以進行用户需要的不同類型的數據處理。 [2]  例如1.對網絡和存儲業務處理，加速，和虛擬化；2.利用DPU硬件加速器對數據的加解密和壓縮解壓縮；3.對客户業務進行安全，QoS處理；4.在Arm核上運行控制平面應用程序；5.支持用遠程管理工具對DPU直接配置和管理。 這些功能應用可以單獨或一起使用，並能將它們與GPU的NVIDIA AI平台集成。 [2] 
中文名
Doca
釋    義
芯片架構上的數據中心基礎架構開發平台

目錄

  1. 1 簡介
  2. 2 發展歷史
  1. 3 核心結構
  2. 4 工作原理
  1. 5 性能優勢
  2. 6 應用領域

Doca簡介

DOCA以開放的生態，讓應用程序開發人員，設備供應商及軟件合作伙伴能夠對不同的DPU功能進行快速編程，支持雲，網關，核心和邊緣等不同場景。
DOCA包含SDK和DPU實時開發環境兩個部分： [2]  [6] 
  • DOCA SDK包含行業標準API，以及由DPDK， P4，和存儲SPDK等部件組成的軟件框架。
SDK支持多種操作系統， 包含驅動程序，庫，示例代碼，和相應文檔。 [2] 
  • DPU實時開發環境提供了對成百上千個在數據中心運行的DPU進行配置，部署和容器化編排服務的工具。 [6] 

Doca發展歷史

NVIDIA於2020年10月宣佈將提供對DPU進行快速有效編程開發的SDK開發平台DOCA [4]  ，藉助 NVIDIA DOCA，開發者可以在當前及未來的 NVIDIA BlueField DPU 上廣泛的創建軟件定義、雲原生、DPU加速的應用程序與服務，實現對數據中心基礎設施的編程，並支持零信任安全，從而滿足現代數據中心日益增長的性能與安全需求。NVIDIA DOCA 1.0 主要專注於為 NVIDIA BlueField DPU 提供驅動程序和加速器程序，展現在加速雲計算基礎設施方面的用例，特別是裸金屬雲用例。 [9] 
2021年 [5]  ，7月發佈了 NVIDIA DOCA 1.1 版本提供了更多的 DOCA SDK 組件、運行時和服務，進一步完善了 NVIDIA DOCA 軟件棧，包括 DOCA Flow 庫、DOCA Flow 參考應用程序、加速有狀態流表（SFT – Stateful Flow Table）和加速正則表達式（RegEx – Regular Expression）。NVIDIA DOCA 1.1 將使用和編程 NVIDIA BlueField DPU所需的軟件組件都打包在一起，引入了 x86 平台上的 DOCA 運行時，為開發者帶來了一致的軟件開發體驗，助力開發者加速在 NVIDIA BlueField DPU上的應用程序開發。 [9] 
藉助DOCA及其BlueField DPU系列硬件，NVIDIA構建了企業和數據中心的生態系統，從而使客户能夠快速地在DPU上構建數據中心的基礎架構服務。 [6-7]  英偉達提出配合DPU處理器的軟件開發工具包——DOCA（Data-Center-Infrastructure-On-A-Chip Architecture）。英偉達的專家將DOCA類比為數據中心服務器領域的CUDA，其意圖在於幫助開發人員在DPU加速的數據中心基礎設施上構建相應的應用程序，從而豐富DPU的應用開發生態。 [2] 
在2021年11月發佈了 NVIDIA DOCA 1.2 軟件框架，增加了 108 個新 API，引入了零信任安全框架和 App Shield 庫，以及遙測（Telemery）、Firefly 精準時間等 DOCA 服務。NVIDIA DOCA 1.2 和 NVIDIA BlueField DPU 為零信任安全解決方案提供了基礎平台，支持 NVIDIA BlueField DPU 作為 Morpheus 的網絡傳感器，可以使合作伙伴和客户能夠更快的在 NVIDIA BlueField DPU 上開發和實現零信任分佈式安全解決方案，更好的將零信任網絡安全策略在現代數據中心基礎設施中得以實施。 [9] 
2022 年5月發佈的NVIDIA DOCA 1.3 是基於 NVIDIA BlueField DPU 的軟件架構上的 [11]  ，支持 121 個新的 API，並在此版本中引入一些全新和增強功能 [12]  ，包括具有優化數據流插入的 DOCA FLOW庫、通信通道庫（Communication Channel）、正則表達式庫（RegEX）、App Shield SDK 、 OVN IPsec 加密完全卸載、多主機鏈路聚合組和 VirtIO 增強功能，以及新增和增強的 DOCA 服務，包括遙測、基於主機的網絡和數據流檢測器。 [11] 
在2022 年 8 月，NVIDIA DOCA 又迎來了 1.4 版，升級 NVIDIA BlueField DPU板級支持包（BSP）到了 3.9.2 版，可以在不重啓主機的情況下使部分 NVIDIA BlueField DPU 進行固件升級；支持具有 32GB DDR 內存的 NVIDAI BlueField-2 DPU 25G & 100G w/BMC，獲得更大的內存以便更好的支持 VMware Project Monterey，並提高性能；增加對基於 ARM 架構主機的支持，新增 RHEL/CentOS 7.6 kennel 4.14.0-115 操作系統對 AArch64 服務器主機的支持；支持最長前綴匹配（LPM – Longest Prefix Match）管道（Pipe），通過在更少的表中進行更快的搜索。 [10] 
2022年11月，NVIDIA 宣佈推出了 NVIDIA DOCA 1.5 長期支持(LTS)版本。 [9] 

Doca核心結構

DOCA SDK支持不同的操作系統版本，包括引導加載程序，操作系統內核，必要的NIC固件，NVIDIA®驅動程序，示例文件系統，工具鏈，以及更多已通過NGC™目錄認證的產品。重要的SDK組件如下圖，包括
  1. 行業標準API：DPDK，SPDK，P4
  2. 網絡加速SDK：ASAP2 SDN， VirtIO，P4，針對5G技術的5T
  3. 安全加速SDK：IPsec 和 TLS加解密，深度數據包檢查
  4. 存儲加速SDK：存儲仿真和虛擬化，加密和壓縮
  5. RDMA加速SDK：UCX，RDMA verbs，GPUDirect®
  6. 管理SDK：部署，配置，服務編排 (service orchestration)
  7. 用户態和內核態支持 [2] 
Doca Doca [8]

Doca工作原理

就像CUDA對於GPU進行編程支持一樣，DOCA可以對DPU進行快速有效的編程和開發。它集成了支持網絡和存儲，安全服務以及可編程P4功能的行業標準開放API。 [2] 

Doca性能優勢

作為BlueField DPU硬件系列的SDK，DOCA能夠讓客户快速開發基於DPU的各種網絡和存儲數據加速處理，安全特性的推出 [1]  ，及對DPU的單獨管理服務。 [2] 
DOCA能更好地滿足SDN軟件定義的新趨勢。NVIDIA也支持將DOCA與CUDA結合使用，達到通過GPU加速計算，通過DPU加速數據中心服務的目的。還可以使用DOCA啓用GPUDirect來加速網絡上GPU到GPU的通信。 [2] 

Doca應用領域

  1. 支持雲，網關，核心，邊緣和企業等不同場景。
  2. 各種企業和數據中心需要的功能，比如用DPU來卸載和加速數據包處理，支持服務器業務的安全性，虛擬化和存儲功能等。
  3. DOCA也增加了對BlueField-2X的支持，能夠構建AI驅動的，優化的基礎架構管理和網絡安全應用。 [2] 
參考資料
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