Intel® QuickAssist Technology, często skracane jako QAT (czasem QA), to technologia akceleracji sprzętowej opracowana przez firmę Intel, której zadaniem jest odciążenie CPU od obliczeń związanych z kryptografią i kompresją danych. Zamysł polega na tym, aby zadania, które są bardzo kosztowne obliczeniowo (np. szyfrowanie / odszyfrowywanie, kompresja / dekompresja) były wykonywane przez dedykowany sprzęt, pozwalając CPU skupić się na pozostałych zadaniach, poprawiając wydajność całego systemu.
QAT jest zintegrowany z procesorami Intel Xeon (serii Scalable), jak również dostępnymi jako oddzielne urządzenia (karty lub adaptery) w pewnych środowiskach. Działa w nowszych generacjach procesorów Intel, w tym w 4. i 5. generacji Xeon Scalable, a także w Xeon 6 z rdzeniami E-core.
Jak QAT działa? Kluczowe funkcje
Poniżej prezentujemy główne cechy i mechanizmy działania QAT.
Offload (zejście z CPU)
Skrócenie obciążenia CPU przez przekazanie części obliczeń (kryptografia, kompresja) do akceleratora sprzętowego. To pozwala CPU obsługiwać inne zadania i zwiększa ogólną przepustowość i responsywność systemu.
Kryptografia
- Symetryczna (np. AES) - operacje szyfrowania i odszyfrowywania standardowych bloków danych.
- Asymetryczna (np. szyfrowanie kluczy publicznych) - kluczowa przy zabezpieczaniu komunikacji.
- Hash, operacje cykliczne (np. dla TLS / SSL) - QAT przyspiesza te funkcje - ma to znaczenie przy dużej liczbie połączeń szyfrowanych.
Kompresja i dekompresja danych
Obniżanie objętości danych zarówno w pamięci, jak i przy przesyle / przechowywaniu. QAT wspiera algorytmy kompresji oraz bibliotekę QATzip, która pozwala aplikacjom korzystać z przyspieszenia sprzętowego lub cofać się do wersji software'owej, gdy sprzęt nie jest dostępny.
Wirtualizacja / wielodostępność
QAT wspiera techniki takie jak SR-IOV (Single Root I/O Virtualization) i SIOV (Scalable I/O Virtualization), umożliwiając dzielenie fizycznego akceleratora między wiele maszyn wirtualnych (VM), nadania mu wirtualnych funkcji itp. To istotne dla środowisk chmurowych i serwerów, gdzie wiele VM/tenantów działa jednocześnie.
Oprogramowanie i biblioteki
Do integracji QAT z aplikacjami używa się zestawów sterowników, bibliotek, np. QATzip, OpenSSL z wtyczką QAT Engine, drivery dla Linux, Windows, VMware itp.
Zastosowania Intel QAT
Technologia ta jest używana w wielu obszarach, w których wydajność, bezpieczeństwo i oszczędność zasobów mają kluczowe znaczenie. Oto przykładowe zastosowania:
| Obszar | Opis zastosowania |
|---|---|
| Chmura / Centra Danych | Dostawcy usług chmurowych używają QAT, by obsługiwać większą liczbę klientów bez konieczności inwestowania w nadmiarową liczbę CPU-ów. QAT przyspiesza operacje szyfrowania ruchu, kompresji danych przy zapisie/odczycie, backupach, i transmisji między usługami. |
| Bezpieczeństwo sieciowe | VPN, SSL/TLS, zabezpieczanie transmisji, urządzenia sieciowe, zapory (firewalls), Load Balancery – QAT pomaga przyspieszać szyfrowanie i odszyfrowanie pakietów, obniżając latencję i zwiększając osiąganą przepustowość. |
| Przechowywanie i kopie zapasowe | Systemy backupowe, archiwizacja danych, magazynowanie w chmurze – QAT pomaga w szybszym kompresowaniu kopii zapasowych, zmniejszając zużycie pamięci i przestrzeni dyskowej oraz przyspiesza procesy odtwarzania/archiwizacji. SQL Server 2022 zawarł wsparcie dla QAT do backupów, co obniża czas i obciążenie systemu. |
| Infrastruktura wirtualna / hosty VM | Wirtualizacja z SR-IOV / SIOV pozwala przydzielać funkcje akceleracji QAT do maszyn wirtualnych, co ułatwia korzystanie z tych możliwości w środowiskach wielodostępnych. |
| Aplikacje webowe i CDN | Używanie QAT przy obsłudze dużej liczby szyfrowanych połączeń HTTPS / TLS, CDN, serwery aplikacji – przekłada się na lepsze czasy odpowiedzi, większą liczbę jednoczesnych użytkowników. Przykład: NetScaler VPX z QAT może uzyskiwać nawet do ~10× lepszej wydajności SSL w niektórych warunkach. |
Kiedy i dla kogo QAT jest szczególnie przydatny?
QAT przynosi największe korzyści tam, gdzie:
- systemy muszą obsługiwać dużą liczbę szyfrowanych połączeń lub dużą ilość danych wymagających kompresji;
- backup, archiwizacja danych są rutyną i stanowią znaczną część operacji systemowych;
- wirtualizacja jest intensywna - wiele VM potrzebuje dobrych możliwości kryptograficznych i kompresyjnych, co sam CPU trudno obsłużyć efektywnie.
- chmura i przetwarzanie w skali - tam, gdzie liczy się zarówno czas, jak i koszt operacyjny (energia, zużycie sprzętu).
- urządzenia sieciowe, serwery aplikacji, dostawcy usług internetowych, systemy CDN.
Ograniczenia i wyzwania
Jak każda technologia, QAT ma też aspekty, które trzeba brać pod uwagę:
- Dostępność sprzętu - żeby używać QAT trzeba mieć kompatybilny procesor lub odpowiedni akcelerator sprzętowy i sterowniki. Nie każde środowisko to wspiera.
- Koszt integracji - czasem wymaga konfiguracji systemu, sterowników, dostosowania aplikacji, aby skorzystać ze sprzętowego offload’u.
- Fallback software’owy - gdy QAT hardware nie jest dostępny lub ulegnie awarii, aplikacje muszą mieć mechanizm zapasowy (software fallback), co może nie dawać takiej wydajności.
- Wirtualizacja / ograniczona przepustowość vQAT - wirtualne funkcje mogą dzielić fizyczny akcelerator, co oznacza, że przepustowość przypadająca na jeden VM może być mniejsza niż w przypadku dedykowanego sprzętu.
- Oprogramowanie wspierające - aplikacje muszą być przygotowane do użycia sterowników / bibliotek QAT (np. QATzip, OpenSSL Engine etc.), inaczej potencjał nie zostaje wykorzystany.
Przykłady praktyczne
QAT wykorzystywane jest w następujących przypadkach:
- SQL Server 2022
- NetScaler VPX
- Środowiska wirtualne / serwery z Xeon Scalable
- Open source i biblioteki
SQL Server 2022
Microsoft dodał wsparcie QAT w SQL Server 2022, aby kompresja kopii zapasowych (backup compression) mogła być wykonywana z użyciem QAT. To pozwala skrócić czas tworzenia backupu, zmniejszyć zużycie CPU i przestrzeni dyskowej.
NetScaler VPX
Urządzenie ADC (Application Delivery Controller) używa QAT, by przyspieszyć operacje SSL / TLS, uzyskać większą liczbę transakcji na sekundę (TPS) oraz zmniejszyć wykorzystanie CPU przy wysokim ruchu.
Środowiska wirtualne / serwery z Xeon Scalable
Przykład: Lenovo ThinkSystem - konfiguracje z QAT, SR-IOV / SIOV, przypisywanie wirtualnych funkcji QAT do VM, aby zapewnić przyspieszenie kryptografii/kompresji w środowiskach wirtualizowanych.
Open source i biblioteki
- QATzip - biblioteka wspierająca kompresję z hardware’owym offloadem, z fallbackem software’owym.
- QAT Engine dla OpenSSL - wtyczka, która umożliwia użycie QAT w kontekstach używających OpenSSL do operacji kryptograficznych.
- Frameworki, aplikacje jak NGINX, Ceph, RocksDB, które mogą być skonfigurowane do skorzystania z QAT dla konkretnych operacji.
Podsumowanie
Intel® QuickAssist Technology to zaawansowane rozwiązanie sprzętowe, które oferuje istotne przewagi w środowiskach wymagających wysokiej wydajności przy operacjach związanych z bezpieczeństwem danych (szyfrowanie, szyfrowanie kluczy), kompresją i dekompresją danych oraz w kontekstach, gdzie liczba interakcji sieciowych / ruchu szyfrowanego jest bardzo duża. Dzięki integracji z procesorami Intel Xeon i wsparciu dla funkcji wirtualizacji, QAT umożliwia efektywne wykorzystanie zasobów sprzętowych, obniżenie kosztów operacyjnych (energia, liczba CPU, przestrzeń dyskowa) i lepszą skalowalność.
Dla firm, które przetwarzają duże ilości danych, robią intensywną kryptografię lub operacje kompresji, wdrożenie QAT może przynieść wymierne korzyści: szybsze backupy, lepsza wydajność SSL/TLS, mniejsze zużycie CPU, większa przepustowość sieci, lepsza obsługa klientów.
Netografia
- intel.com, What is Intel® QuickAssist Technology, https://www.intel.com/content/www/us/en/products/docs/accelerator-engines/what-is-intel-qat.html, [dok.el.], Data odczytu: 2025.09.22
- intel.com, Intel® QuickAssist Technology Overview for Developers, https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/topic-technology/open/quick-assist-technology/overview.html, [dok.el.], Data odczytu: 2025.09.22
- intel.github.io, Intel QuickAssist Technology Documentation – When to Use QAT, https://intel.github.io/quickassist/AppNotes/WhenToQAT/introduction.html, [dok.el.], Data odczytu: 2025.09.22
- lenovopress.lenovo.com, Configuring Intel® QuickAssist Technology with Scalable I/O Virtualization in a Linux VM, https://lenovopress.lenovo.com/lp1923-configuring-intel-quickassist-technology-with-siov-in-a-linux-vm, [dok.el.], Data publikacji: 2024.04.09, Data odczytu: 2025.09.22
- microsoft.com, SQL Server 2022 and Intel® QuickAssist Technology, https://www.microsoft.com/en-us/sql-server/blog/2023/03/09/sql-server-2022-intel-quickassist-technology-overview/, [dok.el.], Data publikacji: 2023.03.09, Data odczytu: 2025.09.22
- netscaler.com, NetScaler VPX with Intel® QuickAssist Technology – Solution Brief, https://www.netscaler.com/content/dam/netscaler/documents/solution-brief/netscaler-vpx-with-intel-qat.pdf, [dok.el.], Data odczytu: 2025.09.22
Zaloguj się