以DPU為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構分析

以DPU為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構分析著眼于數(shù)據(jù)中心的技術發(fā)展和演進，DPU作為通用的數(shù)據(jù)處理器，它不是對NIC/SmartNIC的簡單替代，而是對網(wǎng)絡基礎架構的本質(zhì)改變。DPU本身所具有的通用層級化可編程性、低時延網(wǎng)絡、統(tǒng)一管控的特性使得DPU正在促進新一代數(shù)據(jù)中心從架構上實現(xiàn)優(yōu)化和重構。DPU作為通用數(shù)據(jù)處理的基礎部件，將卸載原本運行在CPU、GPU中的通用數(shù)據(jù)處理任務，釋放CPU、GPU的算力，支撐CPU、GPU發(fā)揮更大的效能。

“云計算通用可編程DPU發(fā)展白皮書（2023年）”白皮書通過闡明和分析DPU發(fā)展的過程與現(xiàn)狀，指出哪些DPU特性是解決上述核心問題的關鍵點，從而推動DPU技術的深入發(fā)展，助力實現(xiàn)完整的生態(tài)鏈建設和產(chǎn)業(yè)落地。

關于DPU技術應用及技術原理，請參看文章“DPU技術原理、算力效率及應用場景解析”和“主流DPU架構實現(xiàn)及技術對比”、“DPU性能基準：測評框架與測試流程介紹（2022）”以及“DPU全球格局，國內(nèi)5家崛起（2023）”。

重點分析了DPU需具備的通用可編程特性和各種應用場景，同時分析了傳統(tǒng)DPU的局限性。近些年，由于業(yè)界沒有優(yōu)異和成熟的商用DPUSoC(Systemonachip)方案，各大云廠商只能各自研發(fā)基于CPU+FPGA的DPU方案，導致DPU被誤解為是個碎片化的市場，DPU對云計算的作用及潛力沒有被業(yè)界正確認識。在“十四五”規(guī)劃明確指出加快推進新型基礎設施建設后，東數(shù)西算工程和運營商算力網(wǎng)絡建設如約而至。數(shù)字經(jīng)濟的背后，云計算是最核心的算力底座。在云計算里面，DPU已成為基礎設施最核心的部件之一。

數(shù)字經(jīng)濟時代，云計算不斷滲透進入各行各業(yè)。中國移動作為云計算“國家隊”，正在加大投入，全力支持政府與國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，降本增效，并為國有數(shù)據(jù)安全保駕護航。在該白皮書中，云豹智能作為中國移動唯一邀約參編企業(yè)，是國內(nèi)DPU芯片頭部企業(yè)，也是國內(nèi)已知真正能做到高性能通用可編程DPUSoC的芯片公司。該白皮書的聯(lián)合發(fā)布，代表著中國移動和云豹智能在DPU領域的深度合作，強強聯(lián)手，為國家云基礎架構及DPU的發(fā)展貢獻力量。以DPU為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心隨著網(wǎng)絡帶寬逐步從25Gbps向100Gbps、200Gbps、400Gbps乃至更高的帶寬演進，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理占用的CPU算力資源也在不斷地增大，甚至會有一半以上會消耗在這些基礎設施的功能上，因此迫切需要一種新型處理器來減少對云主機CPU的消耗。DPU是以數(shù)據(jù)處理為中心，提供數(shù)據(jù)中心基礎設施服務的通用處理器，是繼CPU、GPU之后的“第三顆主力芯片”，可以卸載及加速網(wǎng)絡和存儲，同時具備安全和管控等基礎功能，釋放更多的算力資源供客戶使用。在云計算與數(shù)據(jù)中心場景下，如果需要進一步提升算力與發(fā)揮基礎設施效能，譬如動態(tài)和彈性地調(diào)度算力、網(wǎng)絡和存儲資源，那么DPU是必須的，且是不可替代的。目前，國內(nèi)云廠商大部分還是基于CPU+FPGA的DPU解決方案，這些方案在研發(fā)投入上擁有一定的時間優(yōu)勢，但因其功耗過高及性能受到限制，并未達到新一代云計算的要求。另外，由于FPGA基本被國外兩大芯片巨頭壟斷，其高昂的價格也直接導致了產(chǎn)品成本居高不下，影響市場競爭力。DPUSoC的產(chǎn)品是前者迭代的終極形態(tài)，需具備超高的異構芯片技術，通用可編程等特性，連同先進的芯片工藝，才能夠滿足更復雜、更廣泛、更高性能的應用需求。目前，國外芯片巨頭和頭部云服務商都選擇了通用DPUSoC的產(chǎn)品路線，因為相對于CPU+FPGA的方案，DPUSoC有4到8倍性價比的提升。各云廠商都在尋找最佳方案來提升各自的利潤和競爭力，因為了解到CPU+FPGA并不是一個長遠能滿足新一代云計算的方案，所以都在期待一款有競爭力、易用及高性價比的DPUSoC出現(xiàn)。美國的亞馬遜云(AWS)不僅占據(jù)全球云計算市場最高份額，而且多年前已最先實現(xiàn)了DPUSoC(AWS稱之為Nitro)商業(yè)化的成功部署。AWS在使用自研的DPUSoC后，每年售賣每臺服務器的算力資源可以多獲得幾千美元的收益。AWS擁有幾百萬臺服務器的體量，因此DPU帶來AWS的收益是巨大的。DPU在AWS中的成功應用，受到業(yè)內(nèi)廣泛關注，并吸引了越來越多的芯片巨頭涌入DPU賽道。Nvidia于2020年以69億美元成功收購了業(yè)內(nèi)知名網(wǎng)絡芯片和設備公司Mellanox，通過融合Mellanox的網(wǎng)絡技術，快速面向全球數(shù)據(jù)中心市場推出BlueField系列的DPUSoC。AMD于2022年以19億美元收購了DPUSoC廠商Pensando。而國內(nèi)的云廠商也正在尋求從FPGA架構到通用可編程DPUSoC演變的技術方案。正是在這樣的背景下，中國移動聯(lián)合信通院和云豹智能發(fā)布了《云計算通用可編程DPU發(fā)展白皮書（2023年）》。深度解析了DPU的發(fā)展趨勢：通用可編程、低時延網(wǎng)絡、統(tǒng)一資源管理。同時介紹了通用可編程DPUSoC在數(shù)據(jù)中心、運營商、異構計算等多種不同的應用場景。國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心建設中，服務器正在從25G向100G及更高帶寬發(fā)展，并且應用部署的復雜度持續(xù)增高，不但要支持虛擬機、容器的應用管理部署，也需要支持裸金屬應用。DPU作為數(shù)據(jù)中心的核心基礎設施部件，要具備靈活的編程能力、數(shù)據(jù)的高吞吐能力和統(tǒng)一管控的能力，才能滿足當前各種云計算業(yè)務和數(shù)據(jù)中心發(fā)展的需求。根據(jù)半導體行業(yè)觀察的了解，目前云豹智能是國內(nèi)已知真正能做到自研高性能DPUSoC的芯片公司，其產(chǎn)品也將是國內(nèi)第一款通用可編程DPUSoC芯片。不僅提供高達400G的數(shù)據(jù)吞吐能力，還搭載性能強勁的CPU處理單元并配合多種可編程的數(shù)據(jù)處理引擎實現(xiàn)層級化可編程能力。根據(jù)該白皮書的描述，云豹智能在DPU的多個關鍵領域掌握并引領著多項核心技術：可編程高性能網(wǎng)絡處理技術可編程低時延RDMA技術DDP(DataDirectPath)數(shù)據(jù)直通技術安全計算體系云豹智能DPUSoC支持裸金屬、虛擬機和容器統(tǒng)一運維和管控，提供彈性網(wǎng)絡和存儲、虛擬化管理和安全等一站式解決方案，極大地提升云服務商的服務質(zhì)量和業(yè)務靈活性，降低整體投入，引領數(shù)據(jù)中心向算網(wǎng)融合持續(xù)演進。中國移動作為支持國家數(shù)字經(jīng)濟的主要云服務商，在這白皮書給出了明確的答案，DPUSoC是云計算的關鍵部件，通用可編程的DPUSoC可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心的算力、