【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

技术问答

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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