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223千字 字数
2021-05-01 发行日期
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主编推荐语

芯片及互联网行业十年多经验，多个角度详解软硬件融合技术。

内容简介

物联网、大数据及人工智能等新兴技术推动云计算持续、快速地发展，底层硬件越来越无法满足上层软件的发展和迭代需求。本书通过探寻软硬件的技术本质，寻找能够使软件灵活性和硬件高效性相结合的方法，帮助有软件背景的读者更深刻地认识硬件，加深对软硬件之间联系的理解，并且更好地驾驭硬件；同时帮助有硬件背景的读者站在更全面的视角宏观地看待问题，理解需求、产品、系统、架构等多方面的权衡。

《软硬件融合：超大规模云计算架构创新之路》共9章：第1章为云计算底层软硬件，第2章为软硬件融合综述，第3章为计算机体系结构基础，第4章为软硬件接口，第5章为算法加速和任务卸载，第6章为虚拟化硬件加速，第7章为异构加速，第8章为云计算体系结构趋势，第9章为融合的系统。

本书立意新颖，案例贴近前沿，内容由浅入深，并且“展望未来”，可以帮助广大互联网及IT行业的软硬件工程师更好地理解软件、硬件及两者之间的内在联系，也可以作为计算机相关专业学生的技术拓展读物。

目录

  • 版权信息
  • 作者简介
  • 内容简介
  • 推荐序1
  • 推荐序2
  • 前言
  • 引言
  • 第1章 云计算底层软硬件
  • 1.1 云计算概述
  • 1.1.1 云计算的概念
  • 1.1.2 IaaS、PaaS和SaaS
  • 1.2 IaaS层核心服务
  • 1.2.1 计算类服务
  • 1.2.2 存储类服务
  • 1.2.3 网络类服务
  • 1.2.4 IaaS层服务总结
  • 1.3 云计算的特点
  • 1.3.1 更大的规模
  • 1.3.2 更“大”的数据
  • 1.3.3 更多的租户
  • 1.3.4 更复杂的网络
  • 1.3.5 安全问题无处不在
  • 1.3.6 面向特定应用场景的云计算服务
  • 1.3.7 服务接口的兼容性和通用性
  • 1.4 底层软硬件挑战
  • 1.4.1 业务异构加速
  • 1.4.2 工作任务卸载
  • 1.4.3 软硬件接口的标准化和灵活性
  • 1.4.4 硬件处理的虚拟化和个性化
  • 1.4.5 业务和管理物理分离
  • 1.4.6 硬件的功能扩展
  • 1.4.7 让硬件快速迭代
  • 1.4.8 硬件高可用
  • 1.5 总结
  • 第2章 软硬件融合综述
  • 2.1 软硬件基本概念
  • 2.1.1 软件和硬件
  • 2.1.2 FPGA、ASIC和SoC
  • 2.1.3 硬件加速原理
  • 2.2 软硬件划分
  • 2.2.1 三个维度
  • 2.2.2 综合分析
  • 2.2.3 平台选择
  • 2.3 软硬件协作
  • 2.3.1 多平台混合架构
  • 2.3.2 软硬件平台的协作
  • 2.3.3 软硬件平台的交互
  • 2.4 软硬件融合
  • 2.4.1 软硬件融合的概念
  • 2.4.2 软硬件融合的特点
  • 2.4.3 软硬件融合技术
  • 第3章 计算机体系结构基础
  • 3.1 计算机原理
  • 3.1.1 处理器架构：从冯·诺依曼架构到RISC-V
  • 3.1.2 内存地址：从寻址模式到MMU
  • 3.1.3 I/O：从CPU中断到DMA
  • 3.1.4 多核互连：从传统总线到网状总线
  • 3.1.5 服务器板级架构
  • 3.2 存储
  • 3.2.1 缓存和存储分层结构
  • 3.2.2 本地存储：磁盘分区和逻辑/物理卷
  • 3.2.3 分布式存储：GFS和存储的“温度”
  • 3.3 网络
  • 3.3.1 基础物理网络：分层和拓扑
  • 3.3.2 虚拟网络：VLAN和VxLAN
  • 3.3.3 软件定义网络：从OpenFlow到P4
  • 3.4 虚拟化
  • 3.4.1 虚拟化的层次、定义和分类
  • 3.4.2 CPU虚拟化：从软件模拟到完全硬件
  • 3.4.3 内存虚拟化：影子页表和EPT
  • 3.4.4 I/O设备虚拟化：从软件模拟到SR-IOV
  • 3.4.5 容器虚拟化：Docker和Kubernetes介绍
  • 第4章 软硬件接口
  • 4.1 软硬件接口概述
  • 4.1.1 软硬件接口定义
  • 4.1.2 生产者-消费者模型
  • 4.1.3 用户态的PMD：DPDK和SPDK
  • 4.2 总线互连
  • 4.2.1 AMBA总线
  • 4.2.2 片上网络NoC总线
  • 4.2.3 片间高速总线PCIe及SR-IOV
  • 4.2.4 对称的缓存一致性总线CCIX
  • 4.2.5 非对称的缓存一致性总线CXL
  • 4.2.6 总线互连总结
  • 4.3 通用接口Virtio
  • 4.3.1 Virtio寄存器
  • 4.3.2 Virtqueue交互队列
  • 4.3.3 Virtio交互
  • 4.3.4 总结
  • 4.4 高速网络接口RDMA
  • 4.4.1 基本概念
  • 4.4.2 RoCE分层
  • 4.4.3 RDMA接口
  • 4.4.4 RDMA总结
  • 4.5 高速存储接口NVMe
  • 4.5.1 NVMe概述
  • 4.5.2 NVMe寄存器
  • 4.5.3 NVMe队列
  • 4.5.4 NVMe命令结构
  • 4.5.5 网络存储接口NVMeoF
  • 4.5.6 NVMe及NVMeoF总结
  • 4.6 软硬件接口总结
  • 4.6.1 接口分层
  • 4.6.2 接口共享
  • 第5章 算法加速和任务卸载
  • 5.1 基本概念
  • 5.1.1 硬件加速
  • 5.1.2 硬件处理模块
  • 5.1.3 算法加速和任务卸载的概念
  • 5.2 算法加速
  • 5.2.1 加密算法加速
  • 5.2.2 压缩算法加速
  • 5.2.3 数据冗余算法加速
  • 5.2.4 正则表达式算法加速
  • 5.2.5 加速器性能设计原则
  • 5.3 任务卸载
  • 5.3.1 任务卸载模型
  • 5.3.2 IPsec卸载
  • 5.3.3 虚拟网络卸载
  • 5.3.4 远程存储卸载
  • 5.3.5 虚拟化卸载
  • 5.4 算法加速和任务卸载总结
  • 5.4.1 算法加速是基础
  • 5.4.2 任务卸载是多系统协作
  • 第6章 虚拟化硬件加速
  • 6.1 基本概念
  • 6.1.1 软硬件中的抽象
  • 6.1.2 虚拟化抽象
  • 6.1.3 虚拟化模型
  • 6.1.4 虚拟化加速的必要性
  • 6.2 虚拟化的硬件处理
  • 6.2.1 流水线处理
  • 6.2.2 虚拟化映射
  • 6.2.3 缓存机制
  • 6.2.4 通用虚拟化流水线
  • 6.3 网络虚拟化处理
  • 6.3.1 包处理用于网络虚拟化
  • 6.3.2 定制的网络包处理
  • 6.3.3 ASIC软件可编程包处理
  • 6.3.4 FPGA硬件可编程包处理
  • 6.3.5 案例：Mellanox FlexFlow
  • 6.3.6 网络包处理总结
  • 6.4 存储虚拟化处理
  • 6.4.1 分布式存储Ceph
  • 6.4.2 以事务为单位的存储处理
  • 6.4.3 远程存储虚拟化加速
  • 6.4.4 本地存储虚拟化加速
  • 6.5 虚拟化硬件加速总结
  • 6.5.1 灵活的高性能流水线
  • 6.5.2 高性能缓存机制
  • 6.5.3 可软件编程、通用、数据流驱动的数据处理引擎
  • 6.5.4 虚拟化硬件加速的意义
  • 6.5.5 其他虚拟化加速场景
  • 第7章 异构加速
  • 7.1 异构计算概述
  • 7.1.1 基本概念（并行计算、异构计算）
  • 7.1.2 典型案例
  • 7.1.3 性能约束和优化
  • 7.1.4 易用性思考
  • 7.2 GPU和CUDA
  • 7.2.1 GPU和CUDA概念
  • 7.2.2 GPU硬件架构
  • 7.2.3 CUDA编程模型
  • 7.3 OpenCL和FPGA异构计算
  • 7.3.1 OpenCL
  • 7.3.2 Xilinx SDAccel
  • 7.3.3 英特尔加速栈
  • 7.4 DSA
  • 7.4.1 DSA发展背景
  • 7.4.2 DSA典型领域：DNN
  • 7.4.3 ASIC实现：谷歌TPU
  • 7.4.4 FPGA实现：微软Catapult
  • 7.4.5 Chiplet实现：OCPODSA
  • 7.5 异构加速计算总结
  • 7.5.1 平台选择（GPU、FPGA、ASIC/DSA）
  • 7.5.2 异构计算加速优化
  • 第8章 云计算体系结构趋势
  • 8.1 概述
  • 8.2 业务和管理分离
  • 8.2.1 虚拟化视角：I/O及管理的卸载
  • 8.2.2 体系结构视角：以数据为中心
  • 8.2.3 Nitro系统
  • 8.2.4 Mellanox Bluefield DPU
  • 8.2.5 总结
  • 8.3 业务的异构加速
  • 8.3.1 业务加速概述
  • 8.3.2 DSA加速：谷歌TPU服务
  • 8.3.3 FPGA加速：FaaS
  • 8.3.4 异构计算架构演进
  • 8.4 存储的加速和定制
  • 8.4.1 存储概述
  • 8.4.2 热存储服务器：XilinxNVMeoF参考设计
  • 8.4.3 机架级冷存储：微软Pelican
  • 8.5 网络可编程和性能优化
  • 8.5.1 数据中心网络综述
  • 8.5.2 数据面编程交换芯片
  • 8.5.3 高性能网络优化
  • 8.6 硬件定制
  • 8.6.1 硬件定制概述
  • 8.6.2 亚马逊的硬件定制
  • 8.6.3 OCP开放计算项目
  • 第9章 融合的系统
  • 9.1 软硬件融合系统栈
  • 9.1.1 系统边界：多数据中心
  • 9.1.2 数据中心的系统堆栈
  • 9.2 分层的系统实现
  • 9.2.1 迭代的系统
  • 9.2.2 分域的硬件平台
  • 9.2.3 不同层次的实现
  • 9.2.4 软硬件协同设计
  • 9.3 深层次开放合作
  • 9.3.1 软硬件的距离越来越大
  • 9.3.2 互联网公司自研芯片的优劣势
  • 9.3.3 深层次的开放合作
  • 参考文献
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出版方

电子工业出版社

电子工业出版社成立于1982年10月，是国务院独资、工信部直属的中央级科技与教育出版社，是专业的信息技术知识集成和服务提供商。经过三十多年的建设与发展，已成为一家以科技和教育出版、期刊、网络、行业支撑服务、数字出版、软件研发、软科学研究、职业培训和教育为核心业务的现代知识服务集团。出版物内容涵盖了电子信息技术的各个分支及工业技术、经济管理、科普与少儿、社科人文等领域，综合出版能力位居全国出版行业前列。