DPU成IC設(shè)計(jì)新戰(zhàn)場(chǎng)

DPU最直接的作用是作為CPU的卸載引擎,接管網(wǎng)絡(luò)虛擬化、硬件資源池化等基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù),釋放CPU的算力到上層應(yīng)用。理論上是繼CPU、GPU之后,設(shè)置在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的第三顆主力芯片。

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本文來(lái)自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫”,由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫(ID:ICVIEWS)綜合。

目前全球前十大IC設(shè)計(jì)廠商紛紛開(kāi)始推廣DPU,其中有多家廠商通過(guò)并購(gòu)方式快速進(jìn)入DPU市場(chǎng)。

數(shù)據(jù)處理單元(Data Processor Unit;DPU)的主力廠商英偉達(dá)(NVIDIA)、英特爾(Intel)、AMD、博通(Broadcom)與Marvell等,大多都是通過(guò)并購(gòu)的方式快速進(jìn)入市場(chǎng),現(xiàn)下支持P4語(yǔ)言的網(wǎng)絡(luò)通信芯片被視為重要的技術(shù)選項(xiàng),此外,亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)與阿里巴巴等云端服務(wù)廠商亦自行研發(fā)DPU。

DPU風(fēng)起

DPU最直接的作用是作為CPU的卸載引擎,接管網(wǎng)絡(luò)虛擬化、硬件資源池化等基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù),釋放CPU的算力到上層應(yīng)用。理論上是繼CPU、GPU之后,設(shè)置在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的第三顆主力芯片。DPU的概念最早是由美國(guó)初創(chuàng)公司Fungible提出的。在Fungible的定義中,DPU是一種運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的SoC,其主要目標(biāo)是通過(guò)承擔(dān)原本由CPU承擔(dān)的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和安全的加速處理任務(wù),滿足網(wǎng)絡(luò)側(cè)的專用計(jì)算需求,以此優(yōu)化和提升數(shù)據(jù)中心效能。事實(shí)上,由于制程接近邊際效益、摩爾定律逐漸失效的緣故,如今CPU芯片的性能增長(zhǎng)正在逐年放緩,CPU的性能從5-10年前每年30%的增幅,到三年前大概只有每年不到3%的性能增幅。

由于云端應(yīng)用的豐富、數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)大、數(shù)字化進(jìn)展的驅(qū)動(dòng),近些年來(lái)網(wǎng)絡(luò)帶寬正在飛速上漲,這也導(dǎo)致了目標(biāo)算力、網(wǎng)絡(luò)帶寬與計(jì)算性能的失調(diào),進(jìn)一步加劇了服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上CPU的計(jì)算負(fù)擔(dān),CPU的算力幾乎已經(jīng)無(wú)法應(yīng)對(duì)大量云計(jì)算帶來(lái)的負(fù)擔(dān)。在這種背景下,DPU自然應(yīng)運(yùn)而生。

DPU的競(jìng)爭(zhēng)

現(xiàn)已進(jìn)行DPU研發(fā)的廠商多透過(guò)并購(gòu)快速進(jìn)入市場(chǎng),比如德國(guó)的Barefoot與美國(guó)的Pensando皆擁有相關(guān)的軟硬件技術(shù),先后分別被英特爾與AMD并購(gòu)。DPU領(lǐng)導(dǎo)者英偉達(dá)于2020年并購(gòu)Mellanox后,即推出BlueField系列DPU,并加速完善其軟硬件生態(tài)系統(tǒng),未來(lái)以強(qiáng)化運(yùn)算效能為重要方向。大型云端資料中心為DPU使用場(chǎng)景最廣泛的領(lǐng)域,以大型云端資料中心廠商而言,美國(guó)與中國(guó)正在積極自行研發(fā)DPU。

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目前幾種主流的DPU架構(gòu)各不相同,大致可以分為ASIC Based、FPGA Based以及SOC Based三種類(lèi)型。FPGA架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于靈活性,其具備豐富的邏輯單元實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)快速的并行處理,但編程難度較大且價(jià)格高昂,難以提升滲透率。基于ASIC架構(gòu)自研芯片,產(chǎn)品具有獨(dú)特性,將有效滿足用戶差異化需求。ASIC盡管在靈活性上相對(duì)受限,但量產(chǎn)成本低廉且性能更為優(yōu)越,可以提供最高的性價(jià)比。目前使用ASIC Based的有英特爾,使用FPGA Based的包含AMD和英特爾,基于SOC的有AMD、英偉達(dá)和Marvell幾家。

DPU的發(fā)展趨勢(shì)

多功能集成、更便利的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)整合是DPU的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)的一定時(shí)期內(nèi),DPU還將繼續(xù)發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),具有三方面發(fā)展趨勢(shì)。

第一,結(jié)構(gòu)通用化,功能多樣化。DPU芯片的體系結(jié)構(gòu)將向通用、專用兩方面并舉發(fā)展。一方面,結(jié)構(gòu)更加通用,DPU通過(guò)定義軟件生態(tài)和系統(tǒng)的可用性,可使其承載更復(fù)雜的業(yè)務(wù)生態(tài)。另一方面,DPU有望成為智能網(wǎng)卡的下一代核心引擎,將擁有執(zhí)行協(xié)議處理、數(shù)據(jù)安全、算法加速等多樣化的專用任務(wù)。

第二,應(yīng)用廣泛化,場(chǎng)景豐富化。未來(lái),DPU將承載更加豐富的應(yīng)用場(chǎng)景,例如作為主機(jī)CPU的卸載引擎,釋放其算力至應(yīng)用;成為新的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān),將安全隱私提升到一個(gè)新的高度;成為存儲(chǔ)的入口,將分布式的存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程訪問(wèn)本地化;成為算法加速的沙盒,成為靈活的加速器載體。因此相比傳統(tǒng)的智能網(wǎng)卡有著更加豐富的應(yīng)用方向,云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全、高性能計(jì)算及AI、通信及邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及流媒體等。

第三,編程易用化,生態(tài)成熟化。DPU將在未來(lái)的開(kāi)發(fā)中擁有通用且易用可編程平臺(tái),更方便地通過(guò)中間件和接口實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)發(fā),更加強(qiáng)調(diào)通用、無(wú)縫銜接、可遷移、可直接調(diào)用,其生態(tài)也將愈加成熟。

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