無論你是否從事ICT行業(yè)，在過去的兩年里，有一個(gè)詞你一定聽過，那就是DPU。

DPU作為一種全新的科技概念，正以驚人的速度崛起，成為全行業(yè)乃至全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)尤其是在投資領(lǐng)域，DPU簡(jiǎn)直是被人追，被視為未來顛覆行業(yè)的潛在技術(shù)

DPU到底是什么它和我們熟悉的CPU，GPU有什么區(qū)別

今天，小棗君將帶您深入了解DPU的來龍去脈。

什么是DPU。

DPU的全英文名字叫數(shù)據(jù)處理單元，也就是數(shù)據(jù)處理器。

英偉達(dá)CEO黃仁勛曾在演講中表示，DPU將是未來計(jì)算的三大支柱之一，未來數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)將是‘CPU+DPU+GPU’CPU用于通用計(jì)算，GPU用于加速計(jì)算，DPU用于數(shù)據(jù)處理

聽起來有點(diǎn)暈DPU做哪種數(shù)據(jù)處理有了CPU和GPU，為什么還需要DPU

眾所周知，著名的馮·諾依曼架構(gòu)自計(jì)算機(jī)誕生以來就一直被采用。

馮·諾依曼建筑

這種架構(gòu)基于計(jì)算和存儲(chǔ)作為處理器單元，CPU負(fù)責(zé)各種算術(shù)和邏輯計(jì)算內(nèi)存和硬盤負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和與CPU交互

除了CPU，內(nèi)存，硬盤，就是鍵盤，顯示器等輸入輸出設(shè)備久而久之，后來，我們有了鼠標(biāo)，有了顯卡，有了網(wǎng)卡最終形成了我們現(xiàn)在看到的計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

有了顯卡，就有了GPU和圖形處理器大家都玩過游戲，很清楚伴隨著游戲，3D設(shè)計(jì)等多媒體圖形軟件的飛速發(fā)展，要處理的工作量越來越大，CPU真的不堪重負(fù)所以有一個(gè)專門做圖像和圖形相關(guān)運(yùn)算的GPU來分擔(dān)CPU的壓力

DPU的出現(xiàn)也是如此還有就是因?yàn)镃PU承受不了一些復(fù)雜的計(jì)算，所以需要?jiǎng)澐秩蝿?wù)

dpu到底是什么

好了，終于到了關(guān)鍵點(diǎn)聊了半天，DPU分享的是什么CPU工作

說實(shí)話，從技術(shù)上解釋DPU分享的作品有點(diǎn)困難，也不容易理解但是，我們可以從工作場(chǎng)景來解釋

總的來說，DPU分享的工作可以歸納為四個(gè)關(guān)鍵詞，分別是虛擬化，網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)和安全。

特別是，我們需要提醒您，DPU是一個(gè)與數(shù)據(jù)中心緊密相關(guān)的概念也就是說，它主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心等大型計(jì)算場(chǎng)景，而不是我們的臺(tái)式機(jī)，筆記本電腦或手機(jī)

DPU服務(wù)于云計(jì)算，主要功能是提高數(shù)據(jù)中心等計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的效率，減少能源消耗和浪費(fèi)，進(jìn)而降低成本。

上面說的虛擬化，網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)，安全是數(shù)據(jù)中心非常重要的工作，也是消耗大量計(jì)算資源的工作。

以網(wǎng)絡(luò)為例。

在數(shù)據(jù)中心，每時(shí)每刻都有大量數(shù)據(jù)在傳輸主機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，需要海量的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理按照傳統(tǒng)的計(jì)算架構(gòu)，所有這些協(xié)議都是由CPU處理的

據(jù)統(tǒng)計(jì)，以線速處理10G網(wǎng)絡(luò)需要4核左右的至強(qiáng)CPU也就是說，僅網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的處理就要占用8核CPU的一半現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)不斷升級(jí)，從10G到40G，100G，甚至400G，這些性能成本如何承擔(dān)

這些費(fèi)用如此之大，以至于被稱為數(shù)據(jù)中心稅。

在業(yè)務(wù)運(yùn)行之前，僅僅通過訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)就消耗如此多的計(jì)算資源，這是無法忍受的因此，一些公司提出了SmartNIC的概念，將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理的工作從CPU卸載到網(wǎng)卡上，以分擔(dān)CPU的負(fù)載

2015年，云計(jì)算廠商AWS率先探索了這種SmartNIC模式他們收購了芯片制造商Annapurna Labs，并于2017年正式推出Nitro system同年，阿里云也正式公布了類似功能的神龍架構(gòu)

2019年3月，英偉達(dá)斥資69億美元收購以色列芯片公司Mellanox英偉達(dá)將Mellanox的ConnectX系列高速網(wǎng)卡技術(shù)與自身現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合，于2020年正式推出兩款DPU產(chǎn)品:BlueField—2 DPU和BlueField—2X DPU

從此，DPU的概念正式進(jìn)入公眾視野2020年，也被稱為DPU元年

因?yàn)镈PU和SmartNIC有這樣的歷史，所以人們普遍把DPU看作是SmartNIC的延伸和升級(jí)版。

在SmartNIC的基礎(chǔ)上，DPU將存儲(chǔ)，安全和虛擬化工作負(fù)載從CPU卸載到自身。

90年代末，以VMWare為代表的虛擬化技術(shù)剛出現(xiàn)的時(shí)候，完全是軟件模擬，缺乏硬件的支持，所以性能很差，幾乎難以使用。

后來在2005年，伴隨著技術(shù)的演進(jìn)，逐漸解決了CPU和內(nèi)存的硬件虛擬化問題，大大提高了虛擬化系統(tǒng)的性能，激活了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景和價(jià)值眾所周知，我們目前的云計(jì)算架構(gòu)是基于虛擬化技術(shù)開發(fā)的

虛擬化技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)硬件能力不斷取代軟件能力的過程我們之前提到過AWS發(fā)布了Nitro system除了SmartNIC，該系統(tǒng)還完成了I/O的硬件虛擬化..它還將虛擬機(jī)管理程序從CPU轉(zhuǎn)移到專用硬件這樣一來，虛擬化技術(shù)的性能損失趨近于零，CPU的負(fù)擔(dān)進(jìn)一步減輕

存儲(chǔ)也是如此。

如今，數(shù)據(jù)中心需要高速的存儲(chǔ)讀寫在SSD價(jià)格逐漸下降后，通過本地PCIe或高速網(wǎng)絡(luò)將SSD連接到系統(tǒng)成為主流技術(shù)路線對(duì)于分布式系統(tǒng)，在InfiniBand，F(xiàn)C和以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，RDMA技術(shù)開始流行

在RDMA模式下，應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)直接與網(wǎng)卡通信，不經(jīng)過CPU和復(fù)雜的操作系統(tǒng)這意味著DPU可以承擔(dān)存儲(chǔ)相關(guān)的高速接口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議處理，進(jìn)一步為CPU分擔(dān)壓力

最后看安全性。

目前，在日益嚴(yán)峻的安全形勢(shì)下，為了保證網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的安全性和可靠性，大量的加密算法被引入以前這些算法都是CPU加解密的

但實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)界面才是理想的隱私邊界在網(wǎng)絡(luò)接口上加密解密是最合理的因此，國家機(jī)密標(biāo)準(zhǔn)的非對(duì)稱加密算法SM2，哈希算法SM3和對(duì)稱分組密碼算法SM4實(shí)際上可以交給DPU計(jì)算未來區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用成熟后，相關(guān)算法也可以從CPU卸載到DPU

綜上所述，你也應(yīng)該明白，DPU的本質(zhì)是卸載，加速，隔離——把CPU的部分工作卸載給自己，利用自己的計(jì)算能力來加速這些任務(wù)，在整個(gè)過程中，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算的隔離。

dpu的未來前景

DPU是一款新型可編程多核處理器和SoC芯片符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算能力高，具有高性能的網(wǎng)絡(luò)接口，能夠高速分析處理數(shù)據(jù)，高效的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU和GPU

DPU和CPU最大的區(qū)別是CPU擅長(zhǎng)一般的計(jì)算任務(wù)，而DPU更擅長(zhǎng)基礎(chǔ)層應(yīng)用任務(wù)，比如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理，交換路由計(jì)算，加密解密，數(shù)據(jù)壓縮等等。

因此，DPU是CPU的好幫手，將與CPU，GPU形成鐵三角，徹底顛覆數(shù)據(jù)中心的計(jì)算模式。

這就是為什么DPU如今備受關(guān)注。

正如本文開頭所述，DPU目前的受歡迎程度已經(jīng)無法用語言來形容了對(duì)首都DPU的熱情更加令人印象深刻巨頭和初創(chuàng)企業(yè)都進(jìn)入了DPU賽道DPU市場(chǎng)仍在升溫，發(fā)展前景看好

以英偉達(dá)為例繼BlueField—2 DPU和BlueField—2X之后，2021年4月，NVIDIA發(fā)布了新一代數(shù)據(jù)處理器——blue field—3 DPU

藍(lán)田—3 DPU

這是第一個(gè)為人工智能和加速計(jì)算設(shè)計(jì)的DPU它針對(duì)多租戶和云原生環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化，并提供數(shù)據(jù)中心級(jí)軟件定義和硬件加速的網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)，安全和管理服務(wù)

據(jù)說，一個(gè)BlueField—3 DPU提供的數(shù)據(jù)中心服務(wù)，可以相當(dāng)于多達(dá)300個(gè)x86內(nèi)核才能實(shí)現(xiàn)的服務(wù)這釋放了大量CPU資源來運(yùn)行關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用程序

想要在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心發(fā)揮DPU的核心價(jià)值，離不開軟件的加持換句話說，沒有軟件的芯片只是昂貴的沙子

為了建立一個(gè)更強(qiáng)大的DPU生態(tài)系統(tǒng)，英偉達(dá)推出了一個(gè)軟件開發(fā)平臺(tái)——Nvidia Doca，這是為DPU藍(lán)田公司量身定制的。

DOCA的全稱是片上數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)，即在線數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)在DOCA的幫助下，開發(fā)者可以通過使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的API，在英偉達(dá)BlueField上快速創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)，安全和管理服務(wù)，以及AI/HPC的一系列應(yīng)用和服務(wù)

2022年5月，英偉達(dá)發(fā)布了DOCA 1.3該版本不僅增加了121個(gè)API開發(fā)接口，還增加了DOCA流庫，通信通道庫，正則表達(dá)式庫和基于OVN的數(shù)據(jù)路徑加密等功能它還增加了HBN等服務(wù)，這在開發(fā)者中很受歡迎

DOCA的建筑1.3

最近幾天，英偉達(dá)發(fā)布了DOCA 1.4，支持DPU固件升級(jí)，無需重啟主機(jī)它可在藍(lán)田—2 DPU 25G安培，100G w/BMC產(chǎn)品支持32GB DDR內(nèi)存，增加主機(jī)支持AArch64服務(wù)器，基于最長(zhǎng)前綴匹配流水線的路由功能

借助1.4版本，開發(fā)者可以更加靈活，簡(jiǎn)單，快捷地在BlueField DPU上進(jìn)行開發(fā)環(huán)境，從而快速推出新產(chǎn)品。

結(jié)論

據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，DPU的全球市場(chǎng)容量有望達(dá)到120億美元。

伴隨著摩爾定律逐漸進(jìn)入瓶頸，為了更高效的利用計(jì)算資源，我們需要大力發(fā)展DPU，讓CPU，GPU，DPU合理分工，讓他們更專注于自己擅長(zhǎng)的工作這樣才能最大限度的發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的能效，為全社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供強(qiáng)大而綠色的動(dòng)力