뉴젠스 (Kaloom) / HW 가속 기반 UPF / HW 가속 기반 UPF 소개

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뉴젠스가 선도하는 HW 가속 기반 UPF

HW 가속 기반 UPF

HW 가속 기반 UPF란?

뉴젠스의 최적화된 하드웨어 구성 기술과 Kaloom사의 UPF 솔루션을 접목한 대용량 UPF 솔루션

• 뛰어난 확장성, 업계 최저 지연시간, 업계 최고 성능을 제공하는 UPF 솔루션

• MEC(Multi Access Edge Computing), 하이브리드 LTE/5G 및 5G 패킷 코어

배포에 이상적

HW 가속 기반 UPF의 특징

최대 1.5 Tb/s의 처리량과 1µs 미만의 낮은 지연 시간을 보장하며, 전체 소유 비용(TCO)을 수십 배로 줄여 줍니다.

• HBM2 기반의 FPGA를 활용하여 타사 UPF의 메모리 한계를 극복하고,

200만 세션 이상의 가입자를 지원하는 확장성을 제공합니다.

• P4 프로그래밍 언어를 활용하여 User Plane에 표준화된 방식으로

새로운 서비스와 기능을 추가할 수 있습니다.

• LTE 및 5G 무선 엑세스 네트워크 서비스를 지원합니다.

• End-to-End 5G 네트워크 슬라이싱을 통해 여러 사업자와 대기업이

공통의 분산 클라우드 인프라를 공유하며, 보안 강화와 서비스 품질 향상을

이끌어냅니다.

• GUI를 통해 편리한 구성 및 유지보수를 가능하게 합니다.

HW 가속 기반 UPF의 구조와 컨셉

HW 가속 기반 UPF는 컨테이너 기반의 클라우드 네이티브로 설계된 Control Plane (UPF-CP)과 하드웨어 가속을 사용한 User Plane (UPF-UP)으로 구성되었으며, 모바일 코어 네트워크에서 보다 중앙 집중화되고, 표준 x86 서버에서 실행되도록 설계된 4G 네트워크의 EPC보다 더 나은 확장성을 제공합니다.

P4 프로그래밍 언어를 사용하여 표준화된 방식으로 새로운 서비스와 기능을 추가할 수 있습니다.
End-to-End 5G 네트워크 슬라이싱을 지원하며 자체적인 가상 패브릭이 제공됩니다. 가상 패브릭에서는 일반 네트워크 기능을 수행하는 가상 스위치, 가상 라우터, 가상 UPF를 생성 및 관리할 수 있습니다.
단말과 DN간의 연결성을 유지하기 위해 vRouter를 활용하여 BGP 데이터 라우팅을 구성할 수 있습니다.
가상 UPF (vUPF)는 LEAF/UPF 노드에서 파드로 실행되며, 각각의 N3/N4/N6는 vUPF에서 관리할 수 있습니다. 트래픽은 vUPF에 구성되어 있는 N3 인터페이스를 통해 RAN에서 또는 N6 인터페이스를 통해 데이터 네트워크(인터넷)에서 UPF POD로 들어옵니다.

HW 가속 기반 UPF의 Control Plane

HW 가속 기반 UPF의 User Plane

5Gc 네트워크에서 SMF에 의해 오케스트레이션되는 UPF

패킷 탐지 및 포워딩을 처리하는 프로그래밍 가능한 스위치 (P4)

HW 가속 기반 UPF의 Control Plane은 x86에서 동작하는 컨테이너 기반의 Cloud Native로 구현됐습니다.
서버에서 컨테이너화된 소프트웨어로 실행되는 Kubernetes 클러스터의 서버에서 실행됩니다.
3GPP Rel15 29.244, 23.501, 23.502, 23.503 표준 지원

HW 가속 기반 UPF의 User Plane은 일반 네트워크 기능인 가상 스위치/가상 라우터는 인텔 Tofino 기반의 Whitebox 스위치에서 하드웨어 가속을 통해 동작됩니다.
패킷 탐지 및 포워딩을 처리하는 vUPF는 패킷을 감지하고 전달하기 위해 프로비저닝됩니다. vUPF와의 상호 작용은 "upfd" 호스트 프로세스가 담당하며, 패킷 포워딩은 전적으로 P4가 처리합니다.
HW 가속 기반 UPF의 User Plane의 기능은 세션 수에 따라 대용량 세션의 경우에는 HBM2 기반의 FPGA를 활용해 하드웨어 가속을 통해 동작합니다. 소규모 세션의 경우에는 동일하게 인텔 Tofino Whitebox 스위치에서 동작합니다.

뉴젠스의 하드웨어 최적화 구성

<하드웨어 최적화 구성 장비>

뉴젠스의 HW 가속 기반 UPF는 PCIe 5.0을 지원하는 GPU 서버에 HBM2 메모리와 Silicom사의 Stratix 기반 FPGA SmartNIC을 탑재하여 대용량 트래픽 및 세션 처리를 위해 최적화된 하드웨어로 구성했습니다.

Cloud native 환경에 적합하게 설계된 혁신적인 kaloom사의 UPF 솔루션은 뉴젠스의 최적화된 HW에 설치되어, P4 언어로 기술된 UPF의 User Plane 로직을 FPGA와 HBM2 메모리 상에서 구동하며 수 Tbps와 수백만 세션의 처리를 가능하게 합니다.

이러한 뉴젠스의 하드웨어 최적화 기술과 Kaloom사의 UPF 솔루션을 통해 뉴젠스는 고객들에게 대용량 세션 처리와 고성능의 UPF를 제공할 수 있습니다.

HW 가속 기반 UPF의 성능

최근 Kaloom의 MWC 2023 자료에 따르면, Embla Software사와의 성능 테스트를 통해 1.05Tbps의 처리량과 164만 세션을 처리할 수 있는 결과를 얻었습니다. 이를 통해 대규모 네트워크 환경에서 Kaloom의 혁신적인 기술이 얼마나 뛰어난 성능을 발휘할 수 있는지 확인할 수 있었습니다.

또한, 이 테스트는 Kaloom의 기술이 뉴젠스의 하드웨어 최적화 기술과 결합되어 고성능인 네트워크 솔루션을 제공할 것으로 기대됨을 보여줍니다.

기존 UPF와 HW 가속 기반 UPF의 차이점

1. 200만 세션 및 2Tbps 처리량을 기준으로, 기존 x86 기반의 UPF 장비들은 해당 조건을 제공하기 위해 수십대의 장비가 필요합니다. 그러나 뉴젠스의 HW 가속 기반 UPF는 Kaloom사의 컨테이너 기반의 Control Plane와 Tofino/FPGA 등의 하드웨어 가속기 기반의 User Plane으로 구성되어 총 6대의 장비로 위의 성능을 제공할 수 있습니다.

2. HW 가속 기반 UPF는 Kaloom사의 개발 기술을 활용하여 기존 상용화 되어 있는 UPF에 비해 수십 %의 TCO를 절감할 수 있습니다.

표. 기존 UPF 솔루션과 Kaloom 솔루션 TCO (총소유비용)

Other Solution

Kaloom Solution

Improvement

대역폭

0.1 ~ 0.5Tbps

1.2Tbps

200% 이상

지연시간

10 ~ 50 ms

5 us

4,000배 더 짧은 지연 시간

보안

보안이 어렵거나 복잡함

슬라이싱 및 RHEL 속성

보안 위험 대폭 감소

전력소비

10KWh

1.2 KWh

최대 8 - 10배

TCO

최대 85% 감소

3. 기존 5G Core 망의 UPF는 컨테이너화된 소프트웨어로 동작하지만, HW 가속 기반 UPF는 HBM2 기반의 FPGA를 활용해서 HW 가속을 통해 동작합니다.

<기존 5G NSA Core망과 HW 가속 기반 UPF Core 망 구성>

뉴젠스의 HW 가속 기반 UPF 스위치

NG-UPF2-FPGA		NG-UPF-32QS

NG-UPF2-FPGA2 스위치는 뉴젠스의 KC 인증을 획득한 Edge-core의 12.8T P4 프로그래밍 가능한 데이터 센터용으로 설계된 스위치인 DCS810입니다. 해당 스위치는 32개의 QSFP-DD 포트를 통해 최대 32개의 400 GbE 연결을 지원합니다. 인텔의 프로그래밍 가능한 Tofino 2 스위치 실리콘으로 구동되며, P4 프로그래밍 언어를 활용하여 데이터 평면을 사용자 정의하고 네트워크 처리를 최적화할 수 있는 고성능 네트워크 환경에 적합한 솔루션을 제공합니다. 주요 특징은 다음과 같습니다: 다목적성: 대규모 데이터 센터에 적합한 프로그래밍 가능한 리프 또는 스파인 스위치로 사용될 수 있습니다. 고성능: 1RU 형태로 설계되었으며, 32개의 QSFP-DD 포트를 통해 최대 32 x 400 GbE 연결을 지원합니다. 다양한 기능: 고속 L2 스위칭, L3 라우팅, 딥 패킷 검사 및 트래픽 로드 밸런싱 등의 기능을 제공합니다. 유연한 배포 옵션: 서버 및 라우터와 같은 장치에 25/50/100 GbE 연결을 지원하는 리프 스위치로 또는 100/400 GbE 속도의 리프 및 스파인 스위치를 상호 연결하는 스파인 스위치로 배포할 수 있습니다. Intel Tofino 2 스위치 실리콘: 고성능을 위해 인텔의 프로그래밍 가능한 Tofino 2 스위치 실리콘을 사용합니다. 네트워크 운영 체제 호환성: 오픈 네트워크 인스톨 환경(ONIE)을 통해 Open Network Linux 및 상용 옵션을 비롯한 다양한 네트워크 운영 체제를 설치할 수 있습니다. 신뢰성: 핫-스왑 가능한 중복 전원 공급 장치 및 팬을 포함하여 신뢰성이 높은 구성 요소를 제공합니다. 확장성: 데이터 센터 패브릭을 위한 확장 가능한 솔루션으로 설계되었습니다.		NG-UPF-32QS는 고성능 네트워크 스위치로, 뉴젠스의 KC 인증을 획득한 Edge-core 스위치입니다. Tofino 32Q를 사용하여, 32개의 100G QSFP28 스위치 포트를 제공하며, 데이터 센터나 기타 네트워크 인프라에서 대규모 데이터 전송을 지원하기 위해 설계된 스위치입니다. 주요 기능과 특징은 다음과 같습니다: 성능: 32개의 QSFP28 포트를 통해 최대 32 x 40/100 GbE 연결을 지원하며, L2 및 L3 스위칭 기능을 제공하여 고성능 네트워킹을 지원합니다. 배포 옵션: TOR 스위치로 사용할 경우, 서버에 25/50 GbE를 지원하면서 40/50/100 GbE 업링크를 제공합니다. 스파인 스위치로 사용할 경우, 40/50/100 GbE의 TOR 및 스파인 상호 연결을 지원합니다. 네트워크 운영 체제 호환성: Open Network Install Environment (ONIE)을 통해 다양한 네트워크 운영 체제 소프트웨어를 설치할 수 있습니다. 신뢰성: 핫-스왑 가능한 중복 전원 공급 장치와 팬을 포함하여 신뢰성 있는 구성 요소를 제공합니다. 확장성: 데이터 센터의 확장에 대비하여 높은 확장성을 제공합니다.

뉴젠스 HW 가속 기반 UPF 문의

전화: 010-3504-2570
이메일: bjlee@newgens.co.kr
주소: 경기도 과천시 과천대로7길 20(갈현동) 과천스마트케이 A타워 6층

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