5G高帶寬、低時延、大容量的接入方式，注定它一定要依賴于跟以往完全不同的專業(yè)設備模式來實現，因此也創(chuàng)造了更多的方向和機會。NFV就是其中之一。

5G最大的變化在網絡層面，需要底層網絡架構形成一種網絡切片，另一個大的趨勢邊緣計算。這兩者都讓NFV變得越來越重要，因為傳統(tǒng)設備已經不能適應5G網絡的發(fā)展。所以在5G時代，NFV是“必選項”。作為NFV的參與者和引領者，中國移動在網絡應用和硬件加速方面持續(xù)發(fā)力，推動NFV“燎原”發(fā)展。

01 5G時代，NFV是“必選項”

隨著互聯網/移動互聯網產業(yè)的興起，全球各大運營商正在面臨著網絡轉型大潮的沖擊，NFV正在成為運營商網絡轉型之路的必選項。

Global Market Insights發(fā)布的NFV行業(yè)報告預測，到2024年NFV市場將超過700億美元。另一項研究顯示，2018年至2022年期間NFV市場增長至190億美元。接近79%的電信專業(yè)人士將NFV視為未來五年的關鍵戰(zhàn)略重點。

今年6月，工信部正式發(fā)放5G牌照后，相關產業(yè)進程明顯提速。5G的到來無疑將加速網絡虛擬化的進程，包括對NFV的需求也將更加迫切。

NFV，這項被譽為可以降低資本支出同時提高網絡性能和可靠性的工具，將在5G時代將迎來新的爆發(fā)。

業(yè)內專家指出，“隨著5G的到來，網絡流量急速增長，網絡急需變革，因為現有網絡的靈活性應付不了將來整個產業(yè)的需求，這個產業(yè)需求不光是電信運營商，還包括各個企業(yè)網、云端、OTT的需求，虛擬化的進程也勢必將加速。”

據了解，目前NFV的標準和開源碼基本成熟可用，ETSI的R2版本基本可商用，R3版本重在MANO管理、SDN協同、云原生NFV等推遲到年底;ARM架構正從移動端向DC和網絡延伸。

雖然NFV在部分領域進入商用，但NFV總體商用進展不及預期。

在“2019中國SDN/NFV/AI大會”上，工信部科技委常務副主任、SDN/NFV/AI標準與產業(yè)推進委員會主席韋樂平更是直言，“目前我國的NFV的產業(yè)進程還是比較慢，三大運營商都應該非常堅定、毫不猶豫地快速把NFV用起來，尤其是利用5G的機遇把NFV用起來。因為你不用永遠成熟不了，所有的技術都是靠應用逐漸成熟壯大落地的。”

在韋樂平看來，三大原因限制了NFV的快發(fā)展。“首先，利益糾葛大，產業(yè)鏈支持弱，NFV進展比SDN緩慢;其次，分層解耦、跨廠家集成依然是努力目標，但考慮復雜性和實效，同廠家的分層解耦仍是早期方案;此外，NFV主要應用在vEPC、vIMS和部分vBRAS場景。”

02 NFV硬件加速，需關注“三個重點”

但伴隨著5G技術的快速發(fā)展和邊緣業(yè)務的興起，越來越多的業(yè)務產生了部署在邊緣的需求，在智能制造、智慧城市、車聯網、云游戲、AR/VR等各個垂直領域，時延與帶寬成為這些邊緣業(yè)務的核心關注點。

為滿足5G uRLLC、eMBB以及網絡切片場景下邊緣多樣化業(yè)務的部署需求，在邊緣節(jié)點有限的資源環(huán)境下實現低時延、高可靠、大流量的網絡功能，硬件加速技術應運而生。

在中國移動研究院網絡與IT技術研究所王升看來，“5G網絡高可靠、低延時、大流量的特征以及邊緣計算業(yè)務興起對未來網絡計算和轉發(fā)能力提出更高要求，網絡功能虛擬化后網元和VSW采用軟件實現，通過消耗CPU滿足計算轉發(fā)成本和功耗較高，需要采用硬件加速方案，將原子化的功能單元卸載至硬件加速卡上。 ”

一方面，在功耗/成本恒定的情況下，CPU核數已難大幅提升，限制性能提升;另一方面從產品應用看，CPU單位成本性能上升緩慢，單bit功耗下降緩慢。通過CPU堆疊來降低單bit成本的模式不可持續(xù)。此外，虛擬化中的軟件加速只能彌補I層帶來的性能下降，無法做業(yè)務加速，加速效果有限。所以，對于運營商來說，硬件加速非常必要。

在硬件加速產業(yè)應用方面，微軟、亞馬遜、騰訊、阿里云等互聯網巨頭已經走在前列。

在國際方面，微軟Azure硬加速方案采用FPGA進行網絡加速，涵蓋生物信息學，神經網絡， 搜索排名等方向，成為業(yè)界標桿;亞馬遜AWS在2016年底推出FPGA加速服務F1，作為增強EC2實例提供給第三方進行租用。

國內方面，我國的互聯網企業(yè)更是不甘人后。騰訊云2017年推出國內首款高性能異構計算基礎設施—— FPGA云服務，利用云服務的方式將只有大型公司才能長期支付使用的FPGA服務推廣到了更多企業(yè);阿里云在智能加速引擎方面，采用 AMD、NIVIDIA GPU加速圖像處理，AI 等行業(yè)應用，使用intel，Xilinx FPGA芯片，面向科學計算行業(yè)提供了良好的高速及并行性能支撐。

據了解，目前市場上流行的加速芯片有多種選擇。加速芯片嵌入網卡形成智能網卡是目前加速卡的主流形式。其中FPGA當前產業(yè)較為成熟，且可現場編程靈活性高;NP、SoC性價比較高，但產業(yè)成熟度有待提高;GPU主要優(yōu)勢為圖片復雜算法處理。

由于不同加速硬件面對的加速場景不同，且加速卡片上資源有限，當前業(yè)界尚無一卡多用產品，針對不同業(yè)務加速需建設不同加速硬件資源池。

分析當前電信網元，網絡加速需求更為突出，AI等邊緣計算新業(yè)務的計算加速和存儲加速需求更為突出。運營商當前重點關注三個方面：一是OVS加速，為所有網元提供普遍的網絡轉發(fā)加速能力;二是網元特定功能加速，如GTP;三是MEC中面向AI、圖像處理的GPU加速。

當前電信網元加速功能下沉智能網卡尚處于初期，重點關注轉發(fā)面網元GTP功能卸載，具體功能尚不穩(wěn)定。考慮產業(yè)情況和靈活性， 建議采用FPGA方案，可靈活修改調整。 加速功能穩(wěn)定后建議可逐步固化為NP、ASIC等低功耗低成本不可編程芯片，提高硬件加速性價比。

03 NFV如何“燎原”?

據了解，中國移動高度重視NFV網絡，是NFV產業(yè)的主要參與者和引領者。早在2015年，中國移動就成立OPEN NFV實驗室，引入了15個合作廠商，進行三層解耦測試和搭建TIC平臺。

2015年7月，中國移動正式向業(yè)界發(fā)布下一代革新網絡—NovoNet2020愿景，希望融合各種最新的科技，構建可靈活調整的新一代網絡，以適應廣大用戶的數字化需求，為互聯網發(fā)展做好基礎網絡的建設工作。

以NFV技術為代表的未來網絡轉型是個復雜的系統(tǒng)工程，需要全新的研究探索模式。中國移動采用頂層設計先行、關鍵技術攻關與試驗及試點相結合的方式，迭代推進未來網絡轉型發(fā)展。

在頂層設計方面，除目標網絡架構外，以vIMS、蜂窩物聯網、固網寬帶接入、CDN等業(yè)務作為引入NFV的切入點，逐步擴大到全業(yè)務領域;試點和試驗方面，以二層解耦驗證NFV技術成熟性，摸索NFV引入后的運維管理經驗，并逐步深入到三層解耦的試驗驗證;關鍵技術攻關方面，在NFV硬件選型、虛擬層技術要求、MANO架構、網管運維等方面取得了階段性進展。

此外，中國移動也進一步明確NFV硬件加速方案，通過聯合產業(yè)界推進NFV硬件加速的成熟與落地，加速5G URLLC和eMBB的商用進程。

當前，在NFV加速管理編排虛擬機方面，需要MANO、OpenStack和加速器協同完成，共同打通管理編排流程。

在加速通用API和解耦方式時，專家建議，OVS硬件加速卸載方面，建議采用OVS與hypervisor解耦方案，由加速網卡廠商提供OVS功能，虛擬層廠商集成加速網卡OVS。網元硬件加速方面，網元業(yè)務加速存在白卡和功能卡兩種解耦方案。對可以通過運營商標準化的方案采用功能卡，對廠商產品差異較大的采用白卡。后續(xù)可考慮運營商定制加速網卡的方案，逐步實現加速網卡收斂，降低網元開發(fā)和加速網卡標準化復雜度 。

在世界移動通信大會MWC上海展上，中國移動研究院向業(yè)界演示了全球首個面向5G的邊緣開放硬件加速平臺，并發(fā)布了《中國移動轉發(fā)面網元硬件加速白皮書》。據了解，中國移動研究院聯合中興，聯想，是德科技完成了首次演示了該解決方案，在該方案中中興的虛擬化UPF可以調用聯想的加速卡，保證了加速硬件的通用性，突破了當前虛擬化轉發(fā)的性能和時延瓶頸，實現虛擬化轉發(fā)面的超高吞吐量、超低時延。

04 結語

5G的到來無疑將加速網絡虛擬化的進程，包括對NFV的需求也將更加迫切。在專家看來，目前NFV的應用仍有較大的提升空間。除了推動NFV在網絡應用落地的落地之外，中國移動倡議業(yè)界聯合對硬件加速技術，尤其是對轉發(fā)面網元的硬件加速技術的方案、架構、演進路線等進行深入的研究和實踐，共同推進硬件加速技術的成熟，更好的支持5G邊緣場景的業(yè)務發(fā)展和網絡轉型。

【本文為51CTO專欄作者“移動Labs”原創(chuàng)稿件，轉載請聯系原作者】

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