DPU行业报告：数据处理器，数据中心第三颗主力芯片（25页）

行业报告下载 2022年08月02日 07:44 管理员

大数据催生多元算力新计算架构，DPU 逢时而生。随着数字经济不断发展，全球新一轮科技革命正加速演进。政策层面，我国正自上而下推进数字化转型，“新基建”、“东数西算”、“双碳减排”等规划陆续推出；技术层面，云计算、智能驾驶、元宇宙等产业不断发展，下游应用场景多样化带来数据激增，不断催生多元算力需求，DPU 逢时而生。 1.1、突破大算力瓶颈，DPU 逢时而生 DPU（数据处理器，Data Processing Unit），是数据中心第三颗主力芯片。 2016 年，DPU 首次由美国公司 Fungible 提出，其主要目标是优化和提升数据中心效能。根据 IDC 统计，全球算力需求平均每 3.5 个月翻一倍，而作为支撑算力的基础，传统以 CPU 为中心的 “CPU+xPU”多元化异构计算架构在性能提升上越发乏力。从 CPU 性能与网络带宽的过往发展趋势来看：网络带宽 CAGR 从 2010 年前的 30%，提升至当前的 45%；与之相对应的 CPU 性能 CAGR 从 2010 年前的 23%，下降至当前的 3.5%；RBP 指标从 1 附近，上升到 10 以上，CPU 应对网络带宽增长带来的计算需求压力不断增大。因此，具备网络能力，并同时融入通用计算能力，可进行安全与存储卸载功能的下一代智能网卡 DPU 逢时而生，成为继 CPU、 GPU 之后的第三颗主力芯片，助力数据中心更高效的应对多元化的算力需求。从 DPU 的产业发展历程来看，NVIDIA 是全球先行者。2020 年上半年，NVIDIA 以 69 亿美元的对价收购以色列网络芯片公司 Mellanox Technologies，并于同年推出 BlueField-2 DPU，将其定义为继 CPU 和 GPU 之后“第三颗主力芯片”，正式拉开 DPU 大发展的序幕。

随着云计算不断发展，普通网卡已经不能满足数据中心对虚拟化的要求，因此，第一代具备硬件加速能力的智能网卡 SmartNIC 演进而来。SmartNIC 核心是通过 FPGA（现场可编程门阵列）协助 CPU 处理网络负载，并编程网络接口功能。此阶段的智能网卡延续了 TOE 卸载 CPU 负载逻辑，使用“网卡+FPGA”方法扩展网卡算力，实现用户自定义计算，以及硬件卸载能力。 SmartNIC 硬件卸载能力中，典型有 OVS Fastpath 硬件卸载、基于 RoCEv1 和 RoCEv2 的 RDMA 网络硬件卸载、融合网络中无损网络能力（PFC、ECN、ETS 等）硬件卸载、存储领域 NVMe-oF 硬件卸载，以及安全传输数据面卸载等。在云计算虚拟化平台中，SmartNIC 能够提升应用程序和虚拟化性能，实现软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）多种优势，将网络虚拟化、负载均衡和其他低级功能从数据中心 CPU 中卸载，为应用提供最大处理能力。此 SmartNIC 还能够提供分布式计算资源，使用户开发软件或提供接入服务，进而加速特定应用程序。在产业案例上：2013 年，Amazon 的云计算平台 AWS 即研发了 Nitro 产品，将数据中心部分开销，即为虚机提供远程资源、加密解密、安全策略等服务程序，全部放到专用加速器上执行。Nitro 架构采用轻量化 Hypervisor 配合定制化硬件，将虚拟机计算（CPU 和内存）和 I/O（网络和存储）子系统分离开来，通过 PCI 总线连接，节省 30% CPU 资源。