互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云原生等新興數(shù)據(jù)處理場景的蓬勃發(fā)展給處理器行業(yè)帶來了更高的要求。“CPU做不好，GPU做不了”的數(shù)據(jù)處理場景，要求企業(yè)推出更適用于特定行業(yè)的數(shù)據(jù)處理器。DPU(Data Processing Unit)便在這樣的市場背景下應(yīng)運而生。以英偉達(dá)、英特爾、微軟、阿里 Smart NIC為代表的國內(nèi)外先驅(qū)者入局，初步構(gòu)建起DPU的市場格局。

　　數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)安全，DPU應(yīng)用場景廣泛

　　DPU當(dāng)前仍處于百家爭鳴的早期發(fā)展階段，各家廠商定義略有不同。目前市場主要接受的是NVIDIA對DPU的定義，即集數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)于芯片的通用處理器。從當(dāng)前的行業(yè)應(yīng)用來看，DPU與Arm架構(gòu)及其它的SoC組件密切配合;結(jié)合了符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的、高性能及軟件可編程的多核CPU;結(jié)合了高性能網(wǎng)絡(luò)接口，能以線速或網(wǎng)絡(luò)中的可用速度解析、處理數(shù)據(jù)，并高效地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾PU和CPU;搭載了靈活、可編程的加速引擎，可以卸載AI、安全、電信、存儲和機器學(xué)習(xí)等應(yīng)用，并提升其性能。

　　DPU具有諸多不同于CPU和GPU的顯著優(yōu)勢，其中，開放性集成功能尤為顯著。基于DPU的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，英偉達(dá)計劃在Bluefield-4產(chǎn)品實現(xiàn)將GPU集成至DPU中，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)整合。英偉達(dá)DPU的軟件開發(fā)包DOCA，提供了統(tǒng)一的面向各種應(yīng)用的編程接口，讓幫助用戶在無需關(guān)注DPU的底層硬件接口的情況下直接對硬件進(jìn)行編程。

　　DPU的出現(xiàn)也實現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為中心的業(yè)務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施操作的分離，大幅降低了業(yè)務(wù)的長尾延時，對實現(xiàn)安全的、裸性能的、云原生的下一代大規(guī)模計算起到了至關(guān)重要的作用。由此，數(shù)據(jù)中心和云計算、網(wǎng)絡(luò)安全、高性能計算及AI、通信及邊緣計算、數(shù)據(jù)存儲、流媒體等成為DPU的主要應(yīng)用場景。

　　首先，在數(shù)據(jù)中心和云計算領(lǐng)域，DPU可廣泛應(yīng)用于物理機、虛擬化、容器化、私有云、公共云、混合云等各個方面。例如，DPU可為SDN和虛擬化應(yīng)用提供硬件加速;在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心中，將CPU上運行的通信和虛擬化操作卸載到DPU上，亦可為用戶提供應(yīng)用加速附加價值;OVS等Hypervisor、各種容器框架在DPU上運行，可實現(xiàn)控制平面和業(yè)務(wù)的分離，保障業(yè)務(wù)安全性。

　　其次，在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，DPU可應(yīng)用在分布式安全、下一代防火墻技術(shù)(NGFW，Next generation firewall)、微分段技術(shù)(Micro-segmentation)等方面。例如，DPU可以將數(shù)據(jù)加密/解密(如IPSec、TLS等)操作、深度包檢測(DPI)等安全相關(guān)業(yè)務(wù)操作從CPU卸載到網(wǎng)卡，可大幅提升應(yīng)用的性能，降低CPU負(fù)載，支持靈活的網(wǎng)絡(luò)可編程性。

　　再次，在高性能計算及AI領(lǐng)域，DPU可應(yīng)用于云原生超級計算，深度學(xué)習(xí)推薦系統(tǒng)加速等方面。例如，配合NIVDIA Merlin處理深度學(xué)習(xí)推薦系統(tǒng)加速任務(wù)，DPU可極大提升產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理與運行效率，幫助用戶實現(xiàn)更快的產(chǎn)品開發(fā)和迭代。

　　除上述場景外，DPU還可應(yīng)用于超融合架構(gòu)(HCI，Hyper Converged Infrustructure)、彈性塊存儲、實例存儲等數(shù)據(jù)存儲場景，視覺高品質(zhì)、8K視頻、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN，Content Delivery Network)等流媒體場景。

　　頭部芯片企業(yè)、云服務(wù)商入局，構(gòu)建DPU藍(lán)海市場

　　DPU出現(xiàn)時間不長，英偉達(dá)、英特爾等服務(wù)器芯片頭部企業(yè)與AWS、阿里巴巴、華為在內(nèi)的各大云服務(wù)商是DPU這一賽道的主要參與者。各個企業(yè)分別推出自己的DPU產(chǎn)品與解決方案，構(gòu)建起當(dāng)前的DPU產(chǎn)業(yè)格局。提定義、提方案，是當(dāng)前進(jìn)入DPU賽道的廠商們做的主要工作，起步期的DPU仍呈現(xiàn)藍(lán)海市場。

　　全球DPU市場競爭格局

　　由于當(dāng)前正處于DPU發(fā)展早期，各大廠商強調(diào)落地和生態(tài)打造。在智能網(wǎng)卡方案的逐步成熟、全球通用服務(wù)器出貨量的穩(wěn)定增長、L3級別智能駕駛汽車的技術(shù)落地等諸多行業(yè)趨勢的推動下，全球DPU產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。Intel、NVIDIA等廠商的DPU大規(guī)模量產(chǎn)將促使DPU市場在2023-2024年迎來爆發(fā)式增長。據(jù)統(tǒng)計，2020年全球DPU產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模達(dá)30.5億美元，預(yù)計到2025年，這一數(shù)據(jù)將超過245.3億美元。

　　中國擁有全球規(guī)模最大的網(wǎng)民數(shù)量和線上生態(tài)。數(shù)據(jù)的大爆發(fā)推動了互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)對算力的需求，這使得DPU在中國市場有著巨大的發(fā)展?jié)撃堋Ｊ紫龋诖_保網(wǎng)絡(luò)安全方面，由于DPU具有得天獨厚的優(yōu)勢，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全到數(shù)據(jù)中心安全全覆蓋，這與中國逐漸重視網(wǎng)絡(luò)安全的產(chǎn)業(yè)趨勢相契合，拓展出巨大的市場發(fā)展空間。其次，DPU可解決“CPU做不好，GPU做不了”的問題，例如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理、數(shù)據(jù)安全、算法加速等，與之相對應(yīng)的數(shù)據(jù)中心和云計算恰恰在中國具有具有相當(dāng)大的市場規(guī)模。

　　得益于數(shù)據(jù)中心升級和邊緣計算、新能源汽車、IoT、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展所帶來的需求增長，預(yù)計中國DPU市場亦將在2023~2024年迎來爆發(fā)式增長。據(jù)統(tǒng)計，2020年中國DPU產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模僅3.9億元人民幣，而到2025年，這一數(shù)值將超過565.9億元。

　　結(jié)構(gòu)更通用、編程更易用

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

　　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，場景豐富化。未來，DPU將承載更加豐富的應(yīng)用場景，例如作為主機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新的高度;成為存儲的入口，將分布式的存儲和遠(yuǎn)程訪問本地化;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，云計算、網(wǎng)絡(luò)安全、高性能計算及AI、通信及邊緣計算、數(shù)據(jù)存儲及流媒體等。

　　第三，編程易用化，生態(tài)成熟化。DPU將在未來的開發(fā)中擁有通用且易用可編程平臺，更方便的通過中間件和接口實現(xiàn)快速開發(fā)，更加強調(diào)通用、無縫銜接、可遷移、可直接調(diào)用，其生態(tài)也將愈加成熟。

　　來源：中國電子報、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)   作者：孫卓異