本文作者： 米樂
本文來源：半導體產業縱橫
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日前，華為輪值董事長胡厚崑說道，科技革命經過了數次浪潮，從互聯網到移動化到云計算、到人工智能，每一輪的變革都給社會帶來了深遠的影響。毫無疑問，今天通用人工智能（AI）正給我們無窮的想象空間，也正帶領我們走進下一個黃金十年。
當前，人工智能、大數據應用進入快速發展階段，自動駕駛、機器人、AR/VR、元宇宙等應用加速落地，傳統數字基礎設施難以滿足大模型、多模態等新型技術發展，擁有強大集群算力的新型數據中心成為突破人工智能發展瓶頸的重要基礎。
DPU作為突破數據流量指數級增長帶來的性能瓶頸的關鍵技術，通過算力卸載、算力釋放和算力拓展，釋放CPU的計算資源，實現任務加速處理，提升整體計算效率，達到降本增效，產業賦能價值凸顯。因此，也成為構建新型算力基礎設施的重要基礎部件和下一代芯片技術競爭的高地。
DPU也被預測為2023年的十大科技趨勢之一，這份“洪荒之力”發展的如何呢？
01
“新貴”是怎樣練成的
有人說，DPU 將成為未來計算的三大支柱之一，未來的數據中心標配是：CPU + DPU + GPU 。
DPU 最直接的作用是作為 CPU 的卸載（offload）引擎，其效果是給 CPU“減負”。《DPU技術白皮書》主編、中國科學院計算所研究員鄢貴海作了一個形象比喻，說DPU 提供了數據中心一把“殺雞”的工具，節省的是 CPU 這把“牛刀”，以釋放 CPU 算力，留給更需要它的業務負載。這個比喻也形象地說明了DPU這個新貴的定位。
DPU 通過執行以下主要功能為現代數據中心帶來許多好處：
一、提高處理能力： DPU 減輕 CPU 的網絡和通信工作負載，從而釋放資源用于應用程序處理。
二、提高效率和性能： 通過將處理核心與硬件加速器塊相結合來大規模處理以數據為中心的工作負載，DPU 可以提高性能并減少延遲。
三、處理復雜任務的能力： DPU 旨在處理大型數據中心中的數據密集型工作負載，支持云環境或驅動人工智能、深度學習算法和其他數據密集型應用的超級計算機。
四、能夠滿足數據中心不斷增長的需求： 隨著數據中心需求的增長和變得更加密集，DPU 可以進行擴展，以適應數量和復雜性不斷增加的工作負載。此外，DPU 可以添加到現有的硬件基礎設施中，從而實現靈活且適應性強的數據中心架構。
五、提高可靠性和可用性： DPU 可以通過冗余和高可用性等功能提供更高的可靠性，確保在發生硬件故障時關鍵數據處理任務的連續性。
六、降低成本： DPU 可以通過從 CPU 卸載處理任務并處理復雜任務來降低與管理數據中心相關的總體硬件成本，從而需要更少的硬件組件。
DPU、CPU 和 GPU 之間有什么區別呢？
首先在功能上， DPU（數據處理單元）、CPU（中央處理單元）和GPU（圖形處理單元）都是計算處理器，各自執行不同的功能。CPU是負責計算機系統整體運行的主處理器，是計算機的“大腦”。GPU 是用于圖形計算任務（例如渲染3D 圖像或視頻）的專用處理器。DPU 是最新的處理器，專門用于以數據為中心的工作負載，例如數據中心的網絡、存儲和安全操作。
其次是架構，CPU 由幾個強大的處理核心組成，這些核心針對串行或順序處理進行了優化，這意味著一項又一項任務。GPU 具有大量針對并行處理（即同時執行任務）進行優化的更簡單的內核。DPU 結合了處理核心、硬件加速器塊和高性能網絡接口，可大規模處理以數據為中心的任務。
另外，CPU 幾乎用于所有計算機設備，從智能手機到計算機再到服務器。GPU 經常用于游戲電腦。DPU 主要用于數據中心。
基于明顯的優勢，國外大廠已經早早地開始發展DPU了。
2019年，英偉達以69億美元的價格收購以色列網絡芯片公司Mellanox，并于同年推出BlueField-2 DPU，自此拉開DPU高速發展的序幕。
在 2020 年 GPU 技術大會上，英偉達首席執行官黃仁勛推出了名為 BlueField-2 數據處理單元 (DPU) 的全新處理器系列。開發人員可以通過軟件平臺 DOCA SDK 訪問 DPU。DPU和DOCA SDK可與英偉達GPU硬件和CUDA軟件的強大組合相媲美。
7月11日業內四名知情人士報道，歐盟監管機構將于本周三批準博通以690億美元收購軟件制造商VMware的交易。報道稱，歐盟委員會將接受博通的讓步，即VMware的軟件將繼續與競爭對手的硬件兼容。知情人士表示，這一舉措已被證明足以解決歐盟競爭監管機構的擔憂，而無需博通出售VMware的部分業務。
這次的收購如果成功，博通就可以進一步進軍數據中心市場，特別是數據處理單元（DPU）市場，也稱為智能網絡接口卡（smartNIC）市場。VMware也一直在尋找自己的DPU/smartNIC市場之路。自 2020 年以來，該公司一直致力于一項名為 Project Monterey 的項目，研究其虛擬化軟件如何與 DPU 配合使用。
2022年 3 月，高級技術營銷架構師 Dave Morera 對該項目的描述是：“根據 VMware 的蒙特利項目，網絡流量、分布式防火墻等網絡進程將被卸載到SmartNIC （智能網絡接口卡）；這意味著不僅 x86 服務器的資源被繞過，流量本身也被繞過。蒙特利項目還將促進在 DPU 本身上安裝 ESXi 和NSX，從而將所需的 CPU 資源從 x86 卸載到 DPU，不僅釋放 x86 上的資源供虛擬機使用，而且還提供額外的安全層”。
除了英偉達之外，下表展示了其他國際廠商的DPU產品。
02
國內DPU起勢猛
雖然國內廠商在芯片產品化的環節與國外一線廠商相比還有差距，但是在DPU架構的理解上還是有獨到的見解的，而且我國目前在數據中心這個領域，無論是市場規模還是增速，特別是用戶數量，相較于國外都有巨大的優勢。國內廠商有望充分利用這一市場優勢，加快發展步伐，在DPU這個賽道與國外廠商逐鹿中原。
國內廠商在啃的是一塊新的“硬骨頭”。DPU技術的特點是燒錢多、周期長、產品面向政企、很難快速上量,但是技術壁壘高、客戶黏性強。同時, DPU是全球新近發展起來的一項新技術,不像很多成熟芯片已經形成了“西強東弱”的格局,在DPU上中國和西方國家沒有代際差。
也就是說DPU是全球新近發展起來的一種專用處理器。國內廠商的一些產品處在從小批量到規模化應用的階段,已經有了第一批客戶。當下的任務是,保持產品迭代以適應用戶需求。同時,推動產品從小批量到規模化落地,再要考慮如何去復制同類客戶。
然而DPU產業化的挑戰很大,這包括一些供應鏈緊張、人才不足的共性難題,還有需求碎片化、大量兼容適配的特殊挑戰,目前單顆DPU成本較高。
與存儲器、CPU這種成熟產品不同,這些芯片已經被標準化，國際大廠擁有技術的、成本的優勢,并善于利用產品的周期性調整價格,以驅逐追趕者。國產的道路是后發追趕式的,面臨的競爭非常殘酷。
DPU未來也會走向標準化。中科馭數公司的創始人兼 CEO鄢貴海說:“我們感受到的競爭氛圍更寬松,而且創新的空間更大,比如我們正在研究如何將端到端的延遲從20微秒降低到2微秒,對于很多技術點,各家都有不同的實現方法,但若這項技術在國際上已經相對成熟,那國產幾乎沒有空間去創新了,最緊要的任務就是趕上國際的水平,做出一個自主可控的方案。”
在全球格局尚未形成之前,國產 DPU 需要利用國內的資源稟賦和更多國產芯片達成生態協同,并服務于本土的信息基礎設施,在全球角逐一項新技術的關鍵窗口期,探索出一種“中國方案”。
其中“定制化方案”就是國產DPU很好的發展方向和布局思路。DPU是個新興市場，客戶需求還處于粗放階段，各種方案都有適合的應用場景。因為玩家不多，客戶需求比較分散，單個廠商無法服務眾多客戶，因此現階段都能夠通過為客戶進行定制化服務獲得訂單。
國內未來DPU的發展和布局應采取一些差異化競爭思路，一方面，加快自主研發DPU的進程。不管是處理器架構的研發，還是網絡芯片的研發，都要加快產品的迭代速度。另一方面，在商業模式上，找一些細分的產品角度進行創新。多與國內的云計算、數據中心的廠商合作，先進行小批量的產品鋪設，再進行大規模的布局。
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