加速加密操作和数据压缩工作负载

加速加密操作和数据压缩工作负载

英特尔® 至强® 可扩展处理器

英特尔® 数据保护与压缩加速技术（英特尔® QAT）

概述

  • 英特尔® QAT 可从 CPU 卸载计算密集型工作负载，降低 CPU 占用率，使每个内核的 NGINX TLS 握手操作性能提升高达 2.17 倍。它可针对多种用例提高性能，如加速网络流量的加密与解密以提高虚拟专用网络安全性和 Web 服务器的性能，提供压缩服务以提高存储、数据库、大数据或 CDN 的效率等。此外，它还可提升能效，助力用户实现可持续发展目标。

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全新第四代和第五代英特尔® 至强® 可扩展处理器内置英特尔® 数据保护与压缩加速技术（英特尔® QAT），可通过卸载计算密集型工作负载来降低 CPU 占用率，从而显著提升网络和存储应用的性能。

 

带来高速线上体验

与使用开箱即用的软件相比， 启用英特尔® 至强® 铂金 8592+ 处理器内置的英特尔® QAT 可将每个内核的 NGINX TLS 握手操作性能提升高达 2.17 倍1。

人工智能 (AI)、数据分析、高性能存储和云应用服务等数据和计算密集型工作负载呈指数级增长，对 CPU 提出了更严苛的要求。管理静态、传输中和处理中的加密数据资源，已经相当普遍。需要一次性压缩和加密数据的应用会大量占用处理资源，加剧数据流瓶颈，导致时延增加。高性能标准压缩算法会消耗大量的 CPU 资源，占用多达数百个内核。

英特尔® 数据保护与压缩加速技术（Intel® QuickAssist Technology，英特尔® QAT） 是一项成熟的技术，此前作为独立加速器和 PCIe 适配卡在英特尔® 至强® 可扩展处理器芯片组的片上网络系统中提供。英特尔® QAT 现已作为内置加速器整合到全新第四代和第五代英特尔® 至强® 可扩展处理器中。这项创新技术可从 CPU 卸载计算密集型对称和非对称加密以及数据压缩/解压缩操作，将 CPU 从这些严苛的任务中解放出来。以此实现的计算资源重新分配让 CPU 能够更高效地执行其他任务，这有助于针对各种用例提高整体系统性能、效率和功耗表现。

启用英特尔® QAT 是实现这些优势的关键，因此，英特尔为开发人员和 IT 架构师提供了广泛的工具和实施资源。后文将对这些工具和资源展开介绍，它们将有助于 IT 团队优化解决方案，提升 AI、数据分析和网络存储等工作负载的性能。

英特尔® QAT 可针对多种用例提高性能

英特尔® QAT 的优势并不局限于立竿见影的性能提升。例如，企业可以减少执行某些任务所需的内核数来降低处理器的占用率。英特尔® QAT 可助力企业提高效率和扩展能力，尤其是针对云环境、数据中心、庞大数据湖及不同存储层等大规模操作。此外，它还可提升能效，助力用户实现可持续发展目标。在当今数据驱动的世界里，这项先进技术能够帮助企业提高性能、减少碳排放、提升运营效率。

云服务提供商

英特尔® QAT 可以提高内核效率，降低服务器 CPU 的占用，使云服务提供商 (CSP) 可以更好地利用基础设施，并为客户提供更多价值。全新第四代和第五代英特尔® 至强® 可扩展处理器内置的英特尔® QAT 可提供大规模的数据压缩和加密，为内容分发网络 (CDN)、负载均衡器、网关和微服务提供支持。基于此，云服务提供商可以为更多用户提供服务，同时提供必要的高性能保护频带，以抵御可能导致内容分发网络速度下降的分布式拒绝服务 (DDoS) 攻击。

英特尔® QAT 所提供的压缩服务可以提高存储、数据库、大数据或内容分发网络的效率。标准 De_ate 性能基准测试结果显示，英特尔® QAT 非常有价值，针对九级压缩，一个内核可以完成 1,026 个内核的工作2。能效出色的英特尔® QAT 能够为常见的数据密集型应用提升性能，并大大降低功耗。

企业

得益于更高的 Web 服务器容量和性能，企业能够在部署超融合基础设施 (HCI) 和 Web 应用时提高运营效率并降低成本。与上一代英特尔® 至强® 可扩展处理器相比，内置英特尔® QAT 的第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器将一级压缩所需的内核数减少多达 95%、 吞吐量提升高达 2 倍2。此外，与软件加速相比，第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器内置的英特尔® QAT 显著提高了 Red Hat Enterprise Linux (RHEL) 的压缩性能，压缩速度提升高达 9 到 139 倍不等3。

更高的性能让企业系统能够更快地提供内容，利用高性能公钥加密技术让更多客户和用户获取内容，并优化 Web 应用的加载时间和响应速度。

存储

企业和机构可以降低存储架构的总体拥有成本 (TCO) 和功耗，同时满足日益增长的性能需求。借助英特尔® QAT，企业和机构为应用数据或分布式存储系统和数据湖执行备份和归档时，可以更快地完成数据压缩和解压缩任务。例如，与前几代英特尔® 至强® 可扩展处理器相比，使用内置英特尔® QAT 的第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器可将 Microsoft SQL Server 2022 的数据备份速度提升高达 3.2 倍4。

网络边缘和内核

英特尔® QAT 可加速网络流量的加密与解密，从而提高虚拟专用网络 (VPN) 安全性和 Web 服务器的性能。与上一代产品相比，使用内置英特尔® QAT 的第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器进行 NGINX 关键握手操作时，完成等量的每秒连接次数内核用量减少多达 47%5。为满足高服务级别协议 (SLA)，同时管理 5G 控制平面的功耗，英特尔® QAT 可以为服务网格提供所需的额外容量，以应对不断增加的用户平面输入。

优化系统资源消耗和整体效率

英特尔® QAT 是全新第四代和第五代英特尔® 至强® 可扩展处理器的主要加速器之一，可以提高能效6。它支持用户在现有硬件上加速安全和数据压缩工作负载，并凭借出色的每瓦性能提高能效。这些功能可以提高 CPU 使用效率，降低功耗，帮助企业实现可持续发展目标。

图 1. 英特尔® QAT 有助于提高英特尔® 至强® 可扩展处理器平台的每瓦性能

针对关键工作负载采用英特尔® QAT

为方便 IT 管理员和开发人员在其解决方案中采用英特尔® QAT，本节将提供大量资源和工具，帮助他们快速入门并更轻松地实施和采用英特尔® QAT：

数据库工作负载

提高 SQL Server 2022 企业版和MySQL 的生产力和正常运行时间，将数据库应用的备份速度提升高达 3.2 倍4。

SQL Server：采用内置英特尔® QAT 的英特尔® 至强® 铂金 8592+ 处理器进行备份压缩后，SQL Server 2022 服务器上的 HammerDB 无论速度还是每瓦性能都得到了显著提升7。

在 SQL Server 中启用英特尔® QAT 进行备份的步骤：

  • 安装新版SQL Server 2022 企业版。
  • 安装新版英特尔® QAT 驱动程序。
  • 用sp_confgure 启用硬件卸载配置。
  • 启用英特尔® QAT 加速器的硬件卸载。

实施和采用资源：

MySQL：实施和采用资源如下。

网络工作负载

IPSec：与上一代产品相比，启用第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器内置的英特尔® QAT 后，使用 IPSec 时 TCO 更低，所需服务器内核减少多达 33%8。

实施和采用资源：

WireGuard：增加容量以处理更多网络流量，将大数据包流量卸载到英特尔® QAT 时，速度提升高达 5.9 倍9。

实施和采用资源：

NGINX：与开箱即用 (OOB) 的软件相比，启用英特尔® 至强® 铂金 8592+ 处理器内置的英特尔® QAT 可将每个内核的 NGINX TLS 握手操作性能提升高达 2.17 倍1。

实施和采用资源：

Envoy：降低 TCO、提升用户体验、提高运营效率。与未启用加速器的解决方案相比，启用第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器内置的英特尔® QAT 后，吞吐量（每秒请求数）提升高达 2.5 倍，P99 时延降低高达 74%，CPU 占用率降低高达 12%10。

实施和采用资源：

数据服务工作负载

QATzip：提升 OLTP 性能并增加容量以处理更多事务。使用 QATzip 时，内置英特尔® QAT 的第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器的内核用量减少多达 96%，一级压缩吞吐量提升高达 1.37 倍2。

资源：

Zstd：更低的成本和功耗。使目标工作负载的平均每瓦性能效率提升高达 3.9 倍11。

资源：

借助英特尔® QAT 提升性能并降低 TCO

英特尔® QAT 可在现有硬件上加速安全和数据压缩工作负载，并凭借出色的每瓦性能提高能效，从而帮助降低系统资源消耗和 TCO。了解更多详情，请访问 intel.cn/quickassist，或者利用下列英特尔® QAT 的更多资源，立即开始行动：

了解第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器、第五代英特尔® 至强® 可扩展处理器以及英特尔® 加速引擎。

实际性能受使用情况、配置和其他因素的差异影响。更多信息请见www.Intel.cn/PerformanceIndex。

性能测试结果基于配置信息中显示的日期进行的测试，且可能并未反映所有公开可用的安全更新。详情请参阅配置信息披露。没有任何产品或组件是绝对安全的。具体成本和结果可能不同。

英特尔技术可能需要启用硬件、软件或激活服务。

英特尔并不控制或审计第三方数据。请您审查该内容，咨询其他来源，并确认提及数据是否准确。

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产品和性能信息

1详情请见以下网址的{N15}：intel.com/processorclaims（第五代英特尔® 至强® 可扩展处理器）。结果可能不同。
2根据 2022 年 4 月的单核/单线程内部性能测试结果计算得出。硬件 = 90.3 Gb/s。软件 = 0.088 Gb/s。第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器（预发布 SKU），56 核，1.8 GHz/2.7 GHz。QATzip micro v1.0.7。ISA-L VL1-3 矢量化指令。Lzbench micro v1.8.1。LVL9 压缩。缓冲区大小：64 KB。英特尔® QAT 驱动程序：QAT20.L.2201.0.0-00042。
3Red Hat，“Red Hat Enterprise Linux achieves significant performance gains with Intel’s 4th Generation Xeon Scalable Processors（Red Hat Enterprise Linux 借助第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器实现显著性能提升）”，2023 年 4 月。redhat.com/en/blog/red-hat-enterprise-linux-achieves-significant-performance-gains-intels-4th-generation-xeon-scalable-processors。
4详情请见以下网址的{D7}：intel.com/processorclaims（第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器）。结果可能不同。
5详情请见以下网址的{N15}：intel.com/processorclaims（第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器）。结果可能不同。
6详情请见以下网址的{E1}：intel.com/processorclaims（第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器）。结果可能不同。
7详情请见以下网址的{D204}：intel.com/processorclaims（第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器）。结果可能不同。
8详情请见以下网址的{N17}：intel.com/processorclaims（第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器）。结果可能不同。
9英特尔，“Intel® QAT - Accelerate WireGuard* Processing with 4th Gen Intel® Xeon® Scalable Processor（英特尔® QAT：借助第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器加速 WireGuard* 处理）”，2023 年 1 月。https://networkbuilders.intel.com/docs/networkbuilders/intel-qat-accelerate-wireguard-processing-with-4th-gen-intel-xeon-scalable-processor-technology-guide-1673248114.pdf。
10详情请见以下网址的{W5}：intel.com/processorclaims（第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器）。结果可能不同。
11详情请见以下网址的{E2}：intel.com/processorclaims（第四代英特尔® 至强® 可扩展处理器）。结果可能不同。