面對后摩爾時代和異構(gòu)計算時代的需求，DPU(數(shù)據(jù)處理器)應(yīng)運而生，并迅速點燃了芯片產(chǎn)業(yè)的熱情。近日，英偉達宣布其DPU將服務(wù)器和存儲之間的IOPS(每秒進行讀寫操作的次數(shù))性能提升至4100萬以上，超過之前世界紀(jì)錄的4倍，再次提升了數(shù)據(jù)中心存儲訪問速度的上限。在投融資領(lǐng)域，國內(nèi)DPU芯片設(shè)計企業(yè)中科馭數(shù)在2021年12月宣布完成數(shù)億元規(guī)模A+輪融資。芯啟源、星云智能等國內(nèi)DPU企業(yè)，也在2021年獲得數(shù)億元融資。在國際市場，英偉達、英特爾等企業(yè)正在積極卡位DPU產(chǎn)業(yè)。在國內(nèi)市場，廣闊的應(yīng)用空間為DPU提供了良好的發(fā)展條件。

先進計算產(chǎn)業(yè)的新機遇

隨著摩爾定律放緩，通用CPU性能增長的邊際成本迅速上升。數(shù)據(jù)顯示，CPU的性能年化增長為3%左右。而IDC數(shù)據(jù)顯示，全球數(shù)據(jù)量在過去10年的年復(fù)合增長率接近50%，每四個月對于算力的需求就會翻一倍。

作為信息時代的算力基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心正在面臨極大的算力和帶寬挑戰(zhàn)。在這種背景下，DPU應(yīng)運而生。

DPU最直接的效果就是為CPU減負(fù)，承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)虛擬化、IO虛擬化、存儲虛擬化等占用CPU算力但并非直接用于計算的基礎(chǔ)設(shè)施功能，從而將CPU的算力釋放給應(yīng)用程序。

由于DPU是從智能網(wǎng)卡發(fā)展而來，因而更強調(diào)網(wǎng)絡(luò)處理能力。相比CPU間接支持網(wǎng)絡(luò)IO，DPU能夠直接與網(wǎng)絡(luò)連接，其IO帶寬可以與網(wǎng)絡(luò)帶寬等同。這就意味著CPU用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理的算力也可以卸載到DPU上。

芯啟源電子科技有限公司戰(zhàn)略發(fā)展副總裁王鵬向《中國電子報》記者指出，DPU的本質(zhì)作用在于承載網(wǎng)絡(luò)側(cè)專用性的網(wǎng)絡(luò)堆棧算法和傳輸協(xié)議運算轉(zhuǎn)移，核心效用在于釋放CPU算力資源，助力其他計算模塊高效處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。未來，DPU將致力于解決網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理、數(shù)據(jù)安全、算法加速等問題，而這些問題有著“CPU做不好，GPU做不了”的特點。

“DPU能夠更好地執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膮f(xié)議棧，同時降低CPU負(fù)荷，讓CPU更有效地處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。CPU、GPU和DPU的組合是協(xié)同處理的下一個飛躍，它將利用革命性的硬件加速技術(shù)和軟件定義的可編程技術(shù)，來應(yīng)對以數(shù)據(jù)為中心和邊緣計算架構(gòu)的挑戰(zhàn)，開啟先進計算產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展機遇。”王鵬告訴記者。

作為面向數(shù)據(jù)的專用處理器，DPU也是異構(gòu)計算的一塊新拼圖，推動數(shù)據(jù)中心加速芯片進一步向?qū)I(yè)化發(fā)展。

“DPU的出現(xiàn)是算力從通用走向?qū)Ｓ卯悩?gòu)計算的一個階段性標(biāo)志，它采用軟件定義技術(shù)路線支撐基礎(chǔ)設(shè)施層的資源池化，可以更加高效地處理基礎(chǔ)設(shè)施層的網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全、服務(wù)質(zhì)量管理等服務(wù)，被業(yè)界定位為數(shù)據(jù)中心中繼CPU和GPU之后的‘第三顆主力芯片’。”中科馭數(shù)高級副總裁張宇向《中國電子報》記者表示。

“雙英”領(lǐng)銜DPU割據(jù)戰(zhàn)

目前英偉達、英特爾、賽靈思、博通、Marvell等國際廠商已經(jīng)在著手布局DPU市場，加速建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建各自的產(chǎn)品生態(tài)。

如同將GPU推入加速器市場時的摧枯拉朽之勢，英偉達在DPU市場的軟硬件研發(fā)上都占得先機。

2020年，英偉達發(fā)布了DPU及軟件框架DOCA。2020年發(fā)布的BlueField-2 DPU的數(shù)據(jù)傳輸速率達到200Gb/s，能夠加速關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全、網(wǎng)絡(luò)和存儲任務(wù)，包括信任根、密匙管理，以及面向高性能計算和大型數(shù)據(jù)中心的RDMA(遠程直接地址訪問)等。其2021年發(fā)布的Blue Field-3 DPU處理軟件定義網(wǎng)絡(luò)、存儲和網(wǎng)絡(luò)安全的速率已提升至400Gb/s。

DOCA與CUDA類似，將BlueField DPU提供的硬件能力進行軟件抽象和封裝，提供可編程接口，為開發(fā)者開發(fā)軟件定義、硬件加速的網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全和管理應(yīng)用提供綜合開放的平臺。

英特爾于2021年6月發(fā)布的IPU是英偉達DPU的有力競爭者，也被業(yè)界視為英特爾版本的DPU。與DPU卸載GPU負(fù)載的目的類似，IPU將承擔(dān)原本由CPU處理的存儲、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等基礎(chǔ)設(shè)施層功能，從而釋放CPU算力。其代號Oak Springs Canyon的IPU具備兩個100GbE網(wǎng)絡(luò)接口，支持虛擬交換機、NVMe(易失性內(nèi)存主機控制器接口規(guī)范)、RDMA等功能，并提供硬件加密模塊。Mount Evans IPU具有200G帶寬，支持規(guī)模化的云端處理能力。

在英特爾IPU背后，是面向異構(gòu)計算的ONE API軟件框架。ONE API為開發(fā)者提供了統(tǒng)一的、基于標(biāo)準(zhǔn)的編程模型。開發(fā)者也可以通過ONE API的性能庫和移植、調(diào)試工具，將在其他軟件平臺上的代碼移植到ONE API。該軟件框架有助于開發(fā)者開發(fā)運行在IPU上的應(yīng)用，也能讓IPU更好地融入英特爾的異構(gòu)生態(tài)。

在部署軟硬件的基礎(chǔ)上，國際大廠也積極開展生態(tài)建設(shè)。英偉達宣布華碩、戴爾、富士通、技嘉、浪潮、聯(lián)想等廠商已經(jīng)計劃集成其DPU。英特爾也在2021年12月宣布與浪潮、銳捷網(wǎng)絡(luò)、Silicom攜手合作，共同設(shè)計并開發(fā)全新的IPU解決方案。

國內(nèi)擁有巨大應(yīng)用空間

在國際廠商積極卡位DPU產(chǎn)業(yè)的同時，國內(nèi)圍繞DPU的投融資也十分活躍。2021年12月，中科馭數(shù)完成數(shù)億元規(guī)模A+輪融資，所籌資金將用于DPU芯片的研發(fā)、量產(chǎn)以及市場開拓。芯啟源在2021年完成數(shù)億元規(guī)模的Pre-A3輪及Pre-A4輪融資，將支持下一代DPU芯片的研發(fā)投入。星云智聯(lián)完成數(shù)億元天使輪融資，將加速DPU研發(fā)。

廣闊的應(yīng)用空間，為國內(nèi)DPU產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了“地利”。

作為DPU的主要應(yīng)用方向，國內(nèi)傳統(tǒng)IDC(互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)正在以雙位數(shù)增長。市調(diào)機構(gòu)IDC預(yù)計，中國傳統(tǒng)IDC市場規(guī)模將在2023年達到1612.6億元，市場空間進一步擴大。

同時，DPU也在5G相關(guān)行業(yè)和數(shù)據(jù)安全市場具有廣闊的應(yīng)用前景。

在通信產(chǎn)業(yè)，網(wǎng)絡(luò)虛擬化是5G關(guān)鍵技術(shù)之一。NFV技術(shù)推動下，運營商對于邊緣計算開放生態(tài)、降本增效、縮減部署周期的訴求愈發(fā)明晰。邊緣計算是賦能行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延、可靠性要求嚴(yán)苛，進而激發(fā)電信行業(yè)對DPU硬件加速技術(shù)的需求。

“在5G邊緣云、自動駕駛和車路協(xié)同、金融計算等領(lǐng)域，DPU都會有比較好的市場機會。隨著5G垂直行業(yè)應(yīng)用的快速發(fā)展，以及自動駕駛技術(shù)的持續(xù)進展，未來以上領(lǐng)域?qū)τ贒PU需求的增長速度甚至?xí)^公有云對于DPU需求的增長速度。”張宇表示。

在安全領(lǐng)域，DPU能將傳統(tǒng)分散運行在操作系統(tǒng)內(nèi)和用戶態(tài)的安全策略統(tǒng)一整合到底層的硬件中執(zhí)行，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)收縮到智能網(wǎng)卡進行統(tǒng)一防護和管理，并提供靈活的數(shù)據(jù)路徑監(jiān)控和可視化的流量服務(wù)，配合加密算法，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩魯?shù)據(jù)的立體化防護。

“從國內(nèi)市場需求側(cè)來看，我國擁有較強的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、規(guī)模最大的網(wǎng)民和線上生態(tài)，數(shù)據(jù)的大爆發(fā)推動了對算力的需求。同時，我國愈加重視網(wǎng)絡(luò)安全。DPU在確保網(wǎng)絡(luò)安全方面有著得天獨厚的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)從數(shù)據(jù)安全到數(shù)據(jù)中心安全的全方位覆蓋，具備較好的發(fā)展?jié)摿Α?rdquo;王鵬說。

雖然國際DPU芯片廠商在產(chǎn)品成熟度上領(lǐng)先國內(nèi)，但總體來講，DPU依然處于早期的藍海階段。

“從市場占有率和技術(shù)方向來看，國內(nèi)外廠商都處于起步階段。國內(nèi)市場需求體量巨大，而DPU芯片的設(shè)計又偏重于應(yīng)用驅(qū)動的體系結(jié)構(gòu)。因此，國內(nèi)DPU的發(fā)展正面臨可觀的市場機遇，廠商需要盡早在目標(biāo)領(lǐng)域進行技術(shù)應(yīng)用落地和產(chǎn)品服務(wù)打磨，打造完備的DPU應(yīng)用生態(tài)圈。”張宇說。據(jù)悉，中科馭數(shù)正在積極拓展DPU在多個行業(yè)的應(yīng)用，為電信、金融、能源、互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的數(shù)據(jù)中心研發(fā)DPU和智能網(wǎng)卡產(chǎn)品，以及基于DPU技術(shù)加速云原生生態(tài)的解決方案，已經(jīng)開展在5G MEC和邊緣云場景的布局。

王鵬表示，芯啟源將著力推進基于自研DPU芯片的智能網(wǎng)卡等系列產(chǎn)品在云計算、5G和6G、金融、交通等行業(yè)場景下的應(yīng)用拓展，并加快第二代DPU芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，在通信與計算融合發(fā)展的創(chuàng)新節(jié)點上，與上下游合作伙伴一起走出具有中國特色的DPU發(fā)展之路。

“我國應(yīng)該充分利用DPU這一換道機會，樹立國產(chǎn)品牌，積極參與制定產(chǎn)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加緊研發(fā)和生態(tài)布局，打造自主產(chǎn)業(yè)鏈。新一代DPU核心芯片完全有機會打破國際企業(yè)在計算芯片領(lǐng)域的行業(yè)壟斷。”王鵬表示。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)處理器 芯片產(chǎn)業(yè) 國內(nèi)市場 發(fā)展條件