【经验】基于大普微电子智能存储SoC DPU600的加密节点设计探讨

时间： 2022-05-09 来源：大普微电子

DPU600是DapuStor（大普微）业内首创的智能存储SoC，基于最新的12nm FinFET工艺，可作为SSD主控提供业界领先的性能，还集成了可计算存储平台，用于ASIC加速的机器学习架构等。

之前进行了基于DPU600的闪存测试平台的设计探讨，并讨论了相关架构和实现技术。这些功能开发都是得益于主控自研，由于有完全的自主开发过程，所以对主控的“内功”都非常的熟悉。本期我们对DPU600进行一轮“开拓”，扩展一下一些应用场景：基于DPU600的加密节点的设计探讨。我们简单说说背景。

01、背景

在数据中心之中除了有大量的固态硬盘（SSD），还有对加密卡的需求。由此我们团队考虑到DPU600芯片内置的高速加解密计算引擎，除了应用于盘内存储的数据进行加解密计算以外，还可以为主机提供加解密计算服务。

一般情况下，SSD的功能仍然保留，也就是说该SSD具有额外的加解密功能，那么当数据中心存在的大量SSD就演变为存储+加密节点。

以单主机为示例，如图1，仅显示加密通路，如有用户自定义加密需求，可以外接FPGA（参见之前介绍，通过DPU-LINK高速接口连接）。

那进一步地，说一下我们的设计思路。

02、设计思路

#1、基于具有高速接口的主控芯片：将数据传输给主控芯片节点进行加解密操作，需要有较高的带宽，同时功耗可控。通过大量的此类节点完成并行执行。

#2、基于具有硬件加解密引擎的主控芯片：需要支持多种不同加解密算法，并且用户可编程。

那么，总体框架如图2。其中一般通过PCIe接口，也考虑通过外接PCIe接口的网卡走网络通路：

结合图2所述的系统硬件框架，DapuStor（大普微）正在探索其所对应的系统应用过程：

DPU600芯片的PCIe接口和NVMe控制器为数据加解密提供了天然的高速通路，利用NVMe协议栈进行数据的传输，可以在NVMe SSD上进行扩展专用加解密私有协议。Device端定义特定的命名空间（Namespace），作为Host应用程序进行加解密软件通道，如图3。

总体加解密过程：

主机软件视为命名（Namespace）文件设备为加解密引擎，对加密引擎（比如Namespace ID1）写入数据，命令通过标准NVMe 协议下I/O Request Queue传递给Device，当Device收到命令，识别Namespace ID的类型，对数据进行对应的加密操作。同样地，主机软件对加密引擎（比如Namespace ID2）读取数据，命令通过标准NVMe 协议下I/O Request Queue传递给Device，当Device收到命令，识别Namespace ID的类型，对数据进行对应的解密操作。

具体的主机和设备的初始化交互当识别为具有加解密功能的设备时，对其进行相关信息读取和配置之后，就可以使能加解密功能，开启解密服务了，如图4：

DPU600内部的加解密引擎相关框图，如图5，支持AES/SM4，数据暂存到高速RAM（SRAM/DDR）。

03、小结

小结：由于大型存储阵列有数据巨大的SSD，通过在SSD 上进行加解密服务，将SSD视为加密解密节点，主机可以实现高并发，高密度的加解密计算，为数据中心加解密需求提供了一种新型的解决方案(思路)。

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本文由翊翊所思转载自大普微电子，原文标题为:如何极限发挥自研SSD主控的能力-III，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

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型号- DC4800

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【IC】SMART新推次世代数据中心专用DC4800 SSD，满足超大规模与超融合的企业级边缘存储

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型号- DC4800,DC4800E,DC3800E,DC3800,DC4800L,DC4800R

SMART - 商品及供应商介绍代理服务技术支持采购服务

ME2|SATA|2.5英寸固态硬盘

描述- SMART Modular Technologies推出的ME2系列SATA 2.5英寸固态硬盘（SSD）采用第三代3D NAND技术和公司专有的NVMSentry™固件，提供高性能产品，耐用性高达每天一次驱动器写入（1 DWPD），持续五年。这些SSD在成本效益方面优于之前的64层和96层NAND世代，同时保持性能和可靠性。NVMSentry固件的进一步优化还提高了在不同应用工作负载范围内的读写一致性。ME2 SSDs提供工业和商业温度等级版本，并具有SMART的SafeDATA™电源损失和数据保护技术，以优雅地处理电源波动和突然断电事件。

型号- SRS25480GF1M2AC3,SRS25240GF2M2AC3,SRS25960GF1M2AC3,SRS251920FIM2BC3,SRS25240GFIM2BC3,SRS251920F2M2AC3,SRS25960GFCM2BC3,SRS25480GF2M2AC3,SRS25240GF1M2AC3,SRS251920F1M2AC3,SRS25960GF2M2AC3,SRS25240GFCM2BC3,SRS25960GFIM2BC3,SRS25480GFIM2BC3,SRS25480GFCM2BC3,ME2,SRS251920FCM2BC3

10.11.24 - SMART - 数据手册 - Rev.1 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

ME2|SATA|2.5英寸固态硬盘

描述- SMART Modular Technologies推出的ME2系列SATA 2.5英寸SSD采用第三代3D NAND技术和专有的NVMSentry™固件，提供高性能存储解决方案。这些SSD具有高达一年的每日一次驱动器写入（1 DWPD）的耐久性，同时保持良好的性价比。产品支持工业级和商业级温度范围，并具备SafeDATA™电源管理技术，以优雅地处理电力波动和突然断电事件。

型号- SRS251920FIM2BC1,SRS25480GF1M2AC1,SRS25960GF1M2AC1,SRS25960GFCM2BC1,SRS25240GFIM2BC1,SRS251920F2M2AC1,SRS25240GFCM2BC1,SRS25480GF2M2AC1,SRS25240GF1M2AC1,SRS251920F1M2AC1,SRS25960GF2M2AC1,SRS25480GFIM2BC1,SRS25480GFCM2BC1,SRS25960GFIM2BC1,SRS25240GF2M2AC1,SRS251920FCM2BC1

02.08.23 - SMART - 数据手册 - Rev.1 代理服务技术支持采购服务

ME2|SATA|2.5英寸固态硬盘

描述- SMART Modular Technologies推出的ME2系列SATA 2.5英寸固态硬盘采用3D NAND技术，提供商业级和工业级温度范围支持。该系列SSD具备高可靠性和卓越性能，配备专有的NVMSentry™固件和顶级SSD控制器。ME2 HE型号还包含SafeDATA™技术，为数据安全增加额外保护层。

型号- SRS25240GF1M2B72,SRS251920TIM2B72,SRS251920F2M2B72,SRS25960GTIM2B72,SRS251920F1M2B72,SRS25960GF2M2B72,SRS25480GTIM2B72,SRS251920TCM2B72,ME2 HE,SRS25480GTCM2B72,SRS25240GF2M2B72,ME2 SE,SRS25960GF1M2B72,SRS25240GTCM2B72,SRS25480GF1M2B72,SRS25480GF2M2B72,SRS25240GTIM2B72,ME2,SRS25960GTCM2B72

12.13.21 - SMART - 数据手册 - Rev.1 代理服务技术支持采购服务

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2024-04-17 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

DuraFlash™ME2|SATA|2.5英寸固态硬盘

描述- SMART Modular Technologies推出的ME2系列SATA 2.5英寸SSD采用第三代3D NAND技术和SMART Modular的NVMSentry™固件，提供高性能SSD产品，耐用性高达每天一次驱动器写入（1 DWPD），持续五年。这些新SSD在性能和可靠性方面不牺牲成本效益，同时NVMSentry固件的优化也提高了读写一致性。ME2 SSD提供工业和商业温度等级，并具有SMART的SafeDATA™电源损失和数据保护技术。