数据中心“第三颗主力芯片” DPU打响卡位战

数据中心“第三颗主力芯片” DPU打响卡位战 字体： 小 中 大 分享到： 数据中心“第三颗主力芯片” DPU打响卡位战 2022-01-19 08:36:56 来源：中国电子报

面对后摩尔时代和异构计算时代的需求，DPU (Data Processor)应运而生，并迅速点燃了芯片行业的热情。近日，英伟达宣布其DPU将服务器和存储之间的IOPS(每秒读/写操作数)性能提升至4100万次以上，比之前的世界纪录高出4倍，再次提高了数据中心存储访问速度的上限。在投融资领域，国内DPU芯片设计企业中科玉树于2021年12月宣布完成数亿元的A+轮融资。启源和星云智能等国内DPU企业也在2021年获得了数亿元的融资。在国际市场上，英伟达、英特尔等企业都积极投身于DPU产业。在国内市场，广阔的应用空间空为DPU提供了良好的发展条件。

先进计算产业的新机遇

随着摩尔定律的放缓，一般CPU性能的边际成本快速增加。数据显示，CPU性能的年增长在3%左右。IDC数据显示，过去10年全球数据量年复合增长率接近50%，计算能力需求每4个月就会翻倍。

作为信息时代的计算基础设施，数据中心面临着计算能力和带宽的巨大挑战。在这种背景下，DPU应运而生。

DPU最直接的作用就是减轻CPU的负担，承担网络虚拟化、IO虚拟化、存储虚拟化等占用CPU计算能力但不直接用于计算的基础设施功能，将CPU计算能力释放给应用。

因为DPU是从智能网卡发展而来，强调网络处理能力。相对于CPU间接支持网络IO，DPU可以直接连接网络，其IO带宽可以等于网络带宽。这意味着CPU处理网络协议的计算能力也可以卸载给DPU。

启元电子科技有限公司战略发展副总裁王鹏向《中国电子报》记者指出，DPU的本质功能是承载网络栈算法和传输协议操作具体到网络侧的传递，核心效用是释放CPU计算资源，帮助其他计算模块高效处理业务数据。未来，DPU将重点解决网络协议处理、数据安全、算法加速等问题，其特点是“CPU做不好，GPU做不好”。

“DPU可以更好地实现网络传输的协议栈，同时降低CPU负载，让CPU更有效地处理业务数据。CPU、GPU和DPU的结合是协同处理的下一次飞跃。它将使用革命性的硬件加速技术和软件定义的可编程技术来应对以数据为中心和边缘计算架构的挑战，并为先进计算行业开辟新的发展机遇。”王鹏告诉记者。

作为面向数据的专用处理器，DPU也是异构计算的新拼图，推动了数据中心加速芯片的进一步专业化发展。

“DPU的出现是计算能力从通用异构计算转向专用异构计算的一个阶段性标志。它采用软件定义的技术路线，支持基础设施层的资源池化，可以更高效地处理基础设施层的网络、存储、安全、服务质量管理等业务。被业界定位为继CPU、GPU之后的数据中心‘第三主芯片’。”中科玉树高级副总裁张宇告诉《中国电子报》记者。

“双颖”引领DPU分裂战争

目前，NVIDIA、Intel、linx、Broadcom、Marvell等国际厂商已经开始布局DPU市场，加速建立技术标准，构建自己的产品生态。

如同将GPU推入加速器市场的毁灭性趋势一样，Nvidia在DPU市场的软硬件研发方面处于领先地位。

2020年，英伟达发布了DPU和软件框架DOCA。2020年发布的BlueField-2 DPU具有200Gb/s的数据传输速率，可以加速关键数据的安全、网络和存储任务，包括信任根、密钥管理、面向高性能计算和大型数据中心的RDMA(远程直接地址访问)等。其2021年发布的Blue Field-3 DPU处理软件将定义网络、存储和网络安全的速率提高到了400 GB/s

与CUDA类似，DOCA对DPU blue field提供的硬件能力进行抽象和封装，提供可编程接口，为开发者开发软件定义、硬件加速的网络、存储、安全和管理应用提供全面的开放平台。

英特尔2021年6月发布的IPU是英伟达DPU的有力竞争对手，也被业界视为英特尔版的DPU。类似于DPU卸载GPU负载的目的，IPU将承担原本由CPU处理的存储、网络虚拟化等基础设施层功能，从而释放CPU计算能力。其IPU，代号橡树泉峡谷，拥有两个100GbE网络接口，支持虚拟交换机、NVMe(易失性存储器主机控制器接口规范)、RDMA等功能，并提供硬件加密模块。芒特埃文斯IPU拥有200G带宽，支持大规模云处理能力。

IPU背后是一个面向异构计算的API软件框架。一个API为开发者提供了一个统一的、基于标准的编程模型。开发者也可以通过一个API的性能库和移植调试的工具，将其他软件平台上的代码移植到一个API上。这个软件框架有助于开发者开发运行在IPU上的应用，也可以让IPU更好地融入英特尔的异构生态。

在软硬件部署的基础上，国际大厂也在积极进行生态建设。英伟达宣布，华硕、戴尔、富士通、技嘉、浪潮、联想等厂商已经计划整合其DPU。英特尔还在2021年12月宣布，将与浪潮、锐捷网络和Silicom合作，共同设计和开发全新的IPU解决方案。

有庞大的国内应用空。

在国际厂商积极参与DPU产业的同时，DPU周边的国内投融资也非常活跃。2021年12月，中科玉树完成数亿元的A+轮融资，募集资金将用于DPU芯片的研发、量产和市场开拓。2021年，七芯源将完成Pre-A3轮和Pre-A4轮融资，规模数亿元，支持下一代DPU芯片的R&D投资。星云智联已完成数亿天使轮融资，将加速DPU的研发。

广泛的应用空为国内DPU工业的发展提供了“地理优势”。

作为DPU的主要应用方向，国内传统IDC(互联网数据中心)正以两位数的速度增长。市场研究机构IDC预测，2023年中国传统IDC市场规模将达到1612.6亿元，市场将在空之间进一步扩大。

同时，DPU在5G相关产业和数据安全市场也有广阔的应用前景。

在通信行业，网络虚拟化是5G的关键技术之一。在NFV技术的推动下，运营商对边缘计算开放生态、降本增效、部署周期更短的诉求愈加清晰。边缘计算是赋能行业数字化转型的关键技术，对网络带宽、时延和可靠性有严格要求，从而刺激了电信行业对DPU硬件加速技术的需求。

“DPU将在5G边缘云、自动驾驶、车路协调和金融计算领域拥有更好的市场机会。随着5G垂直行业应用的快速发展和自动驾驶技术的不断进步，上述领域对DPU的需求增速甚至会超过公有云。”张宇说。

在安全领域，DPU可以将分散在操作系统和用户模式的传统安全策略整合到底层硬件中执行，将网络数据和应用数据收缩到智能网卡中统一保护和管理，提供灵活的数据路径监控和可视化流量服务，配合加密算法实现从数据传输到用户数据的立体保护。

“从国内市场的需求端来看，中国拥有强大的互联网产业、最大的互联网用户和线上生态，数据的爆炸式增长推动了对计算能力的需求。与此同时，中国更加重视网络安全。DPU在保障网络安全方面具有独特优势，可以实现从数据安全到数据中心安全的全方位覆盖，具有良好的发展潜力。”王鹏说。

尽管国际DPU芯片制造商在产品成熟度方面领先国内市场，但总体而言，DPU仍处于早期蓝海阶段。

“从市场份额和技术方向来看，国内外厂商都处于起步阶段。国内市场需求巨大，DPU芯片的设计侧重于应用驱动架构。因此，国内DPU的发展面临着可观的市场机遇，厂商需要尽快在目标区域进行技术应用落地和产品服务打磨，构建完整的DPU应用生态。”张宇说。据悉，中科玉树正在积极拓展DPU在多个行业的应用，研发面向电信、金融、能源、互联网等行业数据中心的DPU和智能网卡产品，以及基于DPU技术的加速云原生生态的解决方案，在5G MEC和边缘云场景的布局中已经开展。

王鹏表示，新启元将重点推动基于自研DPU芯片的智能网卡等产品在云计算、5G和6G、金融、交通等行业场景的应用拓展，并加快第二代DPU芯片的研发和产业化，与上下游合作伙伴一起，在通信与计算融合发展的创新节点，发展中国特色的DPU。

“中国应充分利用DPU变道的契机，树立国产品牌，积极参与产业技术标准的制定，加紧研发和生态布局，打造自主产业链。新一代DPU芯芯片很有机会打破国际公司在计算芯片领域的垄断。”王鹏说。(记者张欣怡)

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