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文檔簡介
以DPU為中心的數據中心網絡架構分析著眼于數據中心的技術發展和演進,DPU作為通用的數據處理器,它不是對NIC/SmartNIC的簡單替代,而是對網絡基礎架構的本質改變。DPU本身所具有的通用層級化可編程性、低時延網絡、統一管控的特性使得DPU正在促進新一代數據中心從架構上實現優化和重構。DPU作為通用數據處理的基礎部件,將卸載原本運行在CPU、GPU中的通用數據處理任務,釋放CPU、GPU的算力,支撐CPU、GPU發揮更大的效能。
“云計算通用可編程DPU發展白皮書(2023年)”白皮書通過闡明和分析DPU發展的過程與現狀,指出哪些DPU特性是解決上述核心問題的關鍵點,從而推動DPU技術的深入發展,助力實現完整的生態鏈建設和產業落地。
關于DPU技術應用及技術原理,請參看文章“DPU技術原理、算力效率及應用場景解析”和“主流DPU架構實現及技術對比”、“DPU性能基準:測評框架與測試流程介紹(2022)”以及“DPU全球格局,國內5家崛起(2023)”。
重點分析了DPU需具備的通用可編程特性和各種應用場景,同時分析了傳統DPU的局限性。近些年,由于業界沒有優異和成熟的商用DPUSoC(Systemonachip)方案,各大云廠商只能各自研發基于CPU+FPGA的DPU方案,導致DPU被誤解為是個碎片化的市場,DPU對云計算的作用及潛力沒有被業界正確認識。在“十四五”規劃明確指出加快推進新型基礎設施建設后,東數西算工程和運營商算力網絡建設如約而至。數字經濟的背后,云計算是最核心的算力底座。在云計算里面,DPU已成為基礎設施最核心的部件之一。
數字經濟時代,云計算不斷滲透進入各行各業。中國移動作為云計算“國家隊”,正在加大投入,全力支持政府與國有企業數字化轉型,降本增效,并為國有數據安全保駕護航。在該白皮書中,云豹智能作為中國移動唯一邀約參編企業,是國內DPU芯片頭部企業,也是國內已知真正能做到高性能通用可編程DPUSoC的芯片公司。該白皮書的聯合發布,代表著中國移動和云豹智能在DPU領域的深度合作,強強聯手,為國家云基礎架構及DPU的發展貢獻力量。以DPU為中心的數據中心網絡架構
傳統數據中心隨著網絡帶寬逐步從25Gbps向100Gbps、200Gbps、400Gbps乃至更高的帶寬演進,網絡數據處理占用的CPU算力資源也在不斷地增大,甚至會有一半以上會消耗在這些基礎設施的功能上,因此迫切需要一種新型處理器來減少對云主機CPU的消耗。DPU是以數據處理為中心,提供數據中心基礎設施服務的通用處理器,是繼CPU、GPU之后的“第三顆主力芯片”,可以卸載及加速網絡和存儲,同時具備安全和管控等基礎功能,釋放更多的算力資源供客戶使用。在云計算與數據中心場景下,如果需要進一步提升算力與發揮基礎設施效能,譬如動態和彈性地調度算力、網絡和存儲資源,那么DPU是必須的,且是不可替代的。目前,國內云廠商大部分還是基于CPU+FPGA的DPU解決方案,這些方案在研發投入上擁有一定的時間優勢,但因其功耗過高及性能受到限制,并未達到新一代云計算的要求。另外,由于FPGA基本被國外兩大芯片巨頭壟斷,其高昂的價格也直接導致了產品成本居高不下,影響市場競爭力。DPUSoC的產品是前者迭代的終極形態,需具備超高的異構芯片技術,通用可編程等特性,連同先進的芯片工藝,才能夠滿足更復雜、更廣泛、更高性能的應用需求。目前,國外芯片巨頭和頭部云服務商都選擇了通用DPUSoC的產品路線,因為相對于CPU+FPGA的方案,DPUSoC有4到8倍性價比的提升。各云廠商都在尋找最佳方案來提升各自的利潤和競爭力,因為了解到CPU+FPGA并不是一個長遠能滿足新一代云計算的方案,所以都在期待一款有競爭力、易用及高性價比的DPUSoC出現。美國的亞馬遜云(AWS)不僅占據全球云計算市場最高份額,而且多年前已最先實現了DPUSoC(AWS稱之為Nitro)商業化的成功部署。AWS在使用自研的DPUSoC后,每年售賣每臺服務器的算力資源可以多獲得幾千美元的收益。AWS擁有幾百萬臺服務器的體量,因此DPU帶來AWS的收益是巨大的。DPU在AWS中的成功應用,受到業內廣泛關注,并吸引了越來越多的芯片巨頭涌入DPU賽道。Nvidia于2020年以69億美元成功收購了業內知名網絡芯片和設備公司Mellanox,通過融合Mellanox的網絡技術,快速面向全球數據中心市場推出BlueField系列的DPUSoC。AMD于2022年以19億美元收購了DPUSoC廠商Pensando。而國內的云廠商也正在尋求從FPGA架構到通用可編程DPUSoC演變的技術方案。正是在這樣的背景下,中國移動聯合信通院和云豹智能發布了《云計算通用可編程DPU發展白皮書(2023年)》。深度解析了DPU的發展趨勢:通用可編程、低時延網絡、統一資源管理。同時介紹了通用可編程DPUSoC在數據中心、運營商、異構計算等多種不同的應用場景。國內的數據中心建設中,服務器正在從25G向100G及更高帶寬發展,并且應用部署的復雜度持續增高,不但要支持虛擬機、容器的應用管理部署,也需要支持裸金屬應用。DPU作為數據中心的核心基礎設施部件,要具備靈活的編程能力、數據的高吞吐能力和統一管控的能力,才能滿足當前各種云計算業務和數據中心發展的需求。根據半導體行業觀察的了解,目前云豹智能是國內已知真正能做到自研高性能DPUSoC的芯片公司,其產品也將是國內第一款通用可編程DPUSoC芯片。不僅提供高達400G的數據吞吐能力,還搭載性能強勁的CPU處理單元并配合多種可編程的數據處理引擎實現層級化可編程能力。根據該白皮書的描述,云豹智能在DPU的多個關鍵領域掌握并引領著多項核心技術:可編程高性能網絡處理技術可編程低時延RDMA技術DDP(DataDirectPath)數據直通技術安全計算體系云豹智能DPUSoC支持裸金屬、虛擬機和容器統一運維和管控,提供彈性網絡和存儲、虛擬化管理和安全等一站式解決方案,極大地提升云服務商的服務質量和業務靈活性,降低整體投入,引領數據中心向算網融合持續演進。中國移動作為支持國家數字經濟的主要云服務商,在這白皮書給出了明確的答案,DPUSoC是云計算的關鍵部件,通用可編程的DPUSoC可以實現對數據中心的算力、
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