随着5G商用的渐近，通信行业也迎来了5G的机遇与挑战。大规模机器类通信、超可靠、低延迟通信需求场景（智能家居、智慧城市、增强现实、工业自动化、自动驾驶等）的兴起，对未来网络的计算和流量转发能力提出了更高的要求。通用CPU设备已经无法满足处理海量数据、图片、流量的需求。

根据不同业务场景和自身优势，通讯厂商引入GPU、FPGA等进行加速，推出了各种加速硬件方案。对于异构加速硬件，要运行在各种CloudOS上，再被上层厂家的VNF调用，假如没有一个统一的标准来管理这些加速卡，没有统一的接口来让上层网元调用，将会造成比较严重的问题。

为了实现NFV异构加速硬件的统一管理， ETSI制定了NFV加速硬件统一管理软件框架标准。此后，该标准被拓展至更多场景，并在OpenStack孵化出了Cyborg项目。

Cyborg，目前唯一的开源硬件加速管理软件项目

Cyborg的主要功能包括硬件资源的发现、上报、挂载＼卸载等资源管理。用户可以通过Cyborg列出计算节点上已经被发现和上报的加速器、并创建带加速器的实例。对于一些特殊硬件的特殊功能或配置（如：FPGA的编程），也将在cyborg实现。

Cyborg采用经典架构，由cyborg－api、cyborg－conductor、cyborg－agent、 cyborg－db几个模块组成。其中Cyborg－agent位于计算节点，用于监控加速器；cyborg－conductor位于控制节点，管理整个系统和操作数据库。cyborg－api和cyborg－db分别为接口和数据库，均位于控制节点。

下面通过Cyborg的两个流程来介绍其主要功能：资源发现和上报流程、创建带加速硬件的实例流程。

加速资源发现和上报流程：

1．各设备的driver为加速设备构造Cyborg中用于描述设备的数据结构，等待cyborg－agent轮询取走设备数据；

2． cyborg－agent周期性扫描计算节点enabled的driver；

3． cyborg－agent获取到driver上报来的数据信息后，通过cyborg－conductor将资源信息写入placement（更新Resource Provider（RP）， Resource Class（RC），traits）和cyborg－db（更新devices， deployables， attach＿handles， attributes， controlpath＿ids）

创建带加速硬件的实例流程：

1． User在cyborg创建一个加速资源模板device＿profile（类似于nova flavor）；

2． User创建flavor，并在extra－spec属性中设置device＿profile的name；

3． User 使用已创建的flavor 发送boot虚机请求；

4． Nova－api接受到请求以后，向cyborg发起请求获取device＿profile信息，并将device＿profile信息合入request＿spec，用于调度；

5．调度过程中nova－scheduler向placement请求获取符合request＿spec中要求的硬件加速资源，placement返回满足要求的主机列表，之后主机列表再通过nova－scheduler其他Filter的过滤，排序后选定某个主机；

6． Nova－compute在选定的主机上部署实例，并向cyborg请求加速资源的挂载操作：

Nova－compute根据device＿profile向cyborg请求创建加速器请求（Accelerator Request， ARQ），并为每个ARQ匹配硬件资源Resource Provider（RP）。需要说明的是：ARQ包含instance＿uuid、 resource＿provider＿id、host＿name、 device＿profile＿id等字段信息。一个ARQ对应一个device＿profile＿group，一个device＿profile＿group对应request spec中的一个request group。

Nova－compute向cyborg发送绑定设备（bind＿ARQ）的请求。Cyborg根据ARQ信息绑定instance、host、device，绑定结束后更新ARQ的状态，并通知nova当前ARQ绑定操作是否成功；

Nova－compute接到ARQ绑定操作结束的通知后，从ARQ获取设备信息，并将设备BDF信息写入instance的XML文件。

Cyborg调用加速器过程

1.ronic监控网络并发现新资源
2.新的主机通过pXE启动并用Hypervisor初始化
3.Agent更新Nova和Neutron DB
4.Ironic agent根据存储在swift / glance / glare中的比特流加载静态区域
5.Nova agent被通知存在新的PCIe设备（来自SR-IOV的VF）并更新Nova DB
6.Nova根据用户指令需要孵化一台虚拟机并配备PR（vFPGA）
7.Nova过滤器找到可用资源并执行虚拟机创建/配置
8.VM cloud_init使用本地文件或Swift中的比特流加载PR—VM请求Cyborg从Glare加载PR
9.VF注册并分配给虚拟机
10.VM应用程序访问VF

总体来说，Cyborg的出现，在云主机中支持 vGPU（虚拟图形处理单元）的功能，这对于图形密集型工作负载以及许多科学性的、人工智能和机器学习的工作负载来说是一项重要的能力。

Cyborg API—应该支持有关加速器的基本操作，API支持以下接口：

attach：连接现有的物理加速器或创建新的虚拟加速器，然后分配给虚拟机
detach：分离现有物理加速器或释放虚拟机的虚拟加速器
list：列出所有附加的加速器
update：修改加速器（状态或设备本身）
admin：CRUD操作无关的某些配置

Cyborg Agent—Cyborg agent将存在于计算主机以及可能使用加速器的其他主机上，agent具体的作用：

检查硬件以找到加速器
管理安装驱动程序，依赖关系和卸载驱动
将实例连接到加速器
向Cyborg服务器报告有关可用加速器，状态和利用率的数据
硬件发现：每隔数秒就会扫描实例的加速器和现有加速器的使用级别，并将这些信息通过心跳消息报告给Cyborg服务器，以帮助管理调度加速器
硬件管理：Ansible将用于管理每个加速器的配置文件和加速器的Driver。install和uninstall特定的ansible playbook适配Cyborg所支持的硬件。在管理的硬件上进行的配置更改将通过运行不同配置的playbook作为底层实现。
实例连接：一旦产生一个实例需要连接到主机上的特定加速器，Cyborg服务器将向Cyborg agent发送消息。由于不同加速器之间的连接方法不同，因此agent需要不同的driver提供连接功能。

Cyborg-Conductor—Cyborg-db的数据库查询更新操作都需要通过向Cyborg-conductor服务发送RPC请求来实现，conductor负责数据库的访问权限控制，避免直接访问数据库。

openstack-Cyborg-generic-driver功能：