英偉達在數(shù)據中心的“帶貨能力”不是一般的強。
2020 年 4 月，英偉達宣布完成對以色列網絡芯片商 Mellanox 高達 69 億美元的收購交易，將 DPU 芯片推至半導體領域的焦點。半年后，英偉達就推出這筆收購所帶來的最新成果 —— 新一代 DPU。
DPU，全名 Data Processing Units（數(shù)據處理單元），被英偉達創(chuàng)始人黃仁勛稱作與 CPU、GPU 共同組成“未來計算三大支柱”。這個新型計算單元宛如數(shù)據中心的一匹黑馬，一時間變得炙手可熱，并在國內外均掀起新一波投資熱潮。
僅在今年，國內 DPU 創(chuàng)企中科馭數(shù)、星云智聯(lián)、大禹智芯、芯啟源、云豹智能等均宣布完成新融資，其中有多筆融資金額達數(shù)億元人民幣。
在國外，明星 DPU 創(chuàng)企 Pensando、Fungible 已經是“吸金”能力超強的數(shù)據中心新寵，Marvell 創(chuàng)始人戴偉立、周秀文夫婦亦在 2019 年創(chuàng)立 DPU 新公司 Dream Big Semiconductor。英特爾、Marvell、博通等芯片巨頭更是早早押寶。
這個日漸走紅的新賽道，真有能與 CPU、GPU 分食數(shù)據中心計算市場的潛力嗎？
▲ 2021 年公布新融資的國內 DPU 初創(chuàng)公司
做 CPU 做不好、GPU 做不了的計算任務
“每臺服務器可能沒有 GPU，但絕對有 DPU，好比每臺服務器都必須配網卡一樣?！敝锌岂S數(shù)創(chuàng)始人兼 CEO 鄢貴海非?？春?DPU 的未來，并認為 DPU 的出現(xiàn)是異構計算的一個階段性標志。
近年來隨著海量數(shù)據爆發(fā)，計算任務愈發(fā)密集，傳統(tǒng)以 CPU 為中心的數(shù)據中心架構日漸面臨性能提升的瓶頸，由 CPU 大包大攬各種計算和管控任務，逐漸演變?yōu)槎囝惍悩嬎懔Y源各司其職。
英偉達創(chuàng)始人兼 CEO 黃仁勛曾解釋說，現(xiàn)代數(shù)據中心由軟件定義，運行數(shù)據中心的傳統(tǒng)基礎設施需消耗 20-30% 的 CPU 核心資源，而 DPU 即是專為 CPU“減負”的一種新型專用處理器。
▲ CPU 主頻算力相對網絡數(shù)據傳輸速率升級的差距（來源：頭豹研究院）
DPU 主要承擔起網絡、存儲和安全的加速處理任務，旨在滿足網絡側專用計算需求，尤其適用于服務器量多、對數(shù)據傳輸速率要求嚴苛的場景。
它將 CPU 所不擅長的網絡協(xié)議處理、數(shù)據加解密、數(shù)據壓縮等數(shù)據處理任務通通接手，通過處理器和網卡的組合，兼顧傳輸和計算的需求。DPU 也被看作是智能網卡（SmartNIC）技術的演化增強版本。
如今數(shù)據中心倡導以資源池的形式來做，各類資源分別管理、擴容，而 DPU 宛如一個連接樞紐，可以起到中心調度管理的作用，一端連接各種 CPU、GPU、SSD、FPGA 加速卡等本地資源，一端連接交換機/路由器等網絡資源。
“大家認為，可能在未來的數(shù)據中心云端架構上，DPU 取代了 CPU，成為一個最關鍵的、最核心的芯片地位。”半導體行業(yè)知名投資人、華登國際合伙人王林說，如果將整個數(shù)據中心看成一整個大的服務，DPU 就相當于這個大服務器里的 CPU。
總體而言，DPU 不僅能提高網絡傳輸效率，而且釋放了 CPU 算力資源，從而帶動整體數(shù)據中心的降本增效。
云計算剛需，巨頭齊上陣
對于云計算廠商及大型互聯(lián)網企業(yè)，采購 DPU 產品已是必然走向。往前追溯，國內外頭部云計算廠商均已率先嘗試類似的思路。
早在 2013 年，亞馬遜云科技（AWS）就開始研究如何將網絡、存儲等之前由 CPU 處理的任務卸載到 NIC 卡上，隨后收購以色列芯片商 Annapurna Labs，并在 2017 年發(fā)布典型產品 AWS Nitro。
AWS 的這一嘗試，不僅釋放 CPU 的算力資源，也降低了數(shù)據中心成本。國內阿里云亦在其神龍服務器核心組件 MOC 卡中應用了專用 X-Dragon 芯片，統(tǒng)一支持網絡、I/O、存儲和外設的虛擬化。
過去數(shù)年間，博通、Mellanox、賽靈思、英特爾等芯片公司均推出自家 DPU 產品，除了加強其對于網絡協(xié)議和網絡安全的處理能力外，也陸續(xù)在網絡、存儲和計算方面均分別展現(xiàn)出許多優(yōu)勢。
與 GPU 不同的是，DPU 面向的應用更加底層，類型更多樣，沖在 DPU 前排的各家廠商在具體功能側重上也各不相同，大體差別如下：
▲ 國外 DPU 主要廠商對比
在收購 Mellanox 后，英偉達進一步增強其 DPU 與 GPU 能力的組合，并在去年亮出新路線圖，號稱要將 DPU 性能三年提升 1000 倍。明年英偉達將發(fā)布加持 AI 能力的 BlueField-3X DPU。
▲ 英偉達 BlueField DPU 三年路線圖
今年英特爾、Marvell 等芯片巨頭繼續(xù)加碼 DPU。
6 月，英特爾發(fā)布了可編程網絡設備 IPU（Infrastructure Processing Unit，基礎設施處理器），用于擴展智能網卡功能，加速存儲虛擬化、網絡虛擬化和安全等功能，并釋放 CPU 核心。其首個基于 FPGA 的 IPU 平臺已為多個云服務提供商完成部署，首款 ASIC IPU 也正在測試中。
7 月，Marvell 推出采用臺積電 5nm 制程工藝的 OCTEON 10 系列 DPU，首用 Arm Neoverse N2 CPU 核心，并集成了機器學習推理引擎。首批 OCTEON 10 產品預計將于今年年底前出樣，據稱相比前一代標量處理引擎，它能將數(shù)據包的處理吞吐量大幅提升至 5 倍。
由于 DPU 處于發(fā)展初期，業(yè)界尚未形成統(tǒng)一標準，也還沒有形成足夠的規(guī)模部署，這為國內 DPU 創(chuàng)企帶來了發(fā)展良機。
市場規(guī)模將達百億量級，國內 DPU 創(chuàng)企成資本寵兒
在今年南京世界半導體大會期間的 SoC 設計技術論壇上，半導體行業(yè)知名投資人、華登國際合伙人王林提到 DPU 是今年 SoC 創(chuàng)業(yè)最火的概念，從去年開始苗頭慢慢起來。
根據 Canalys Cloud Channels Analysis 預測，到 2023 年，中國 DPU 市場規(guī)模將達 190 億人民幣。另據頭豹研究院預測，中國 DPU 市場規(guī)模預計將在 2025 年超過 37 億美元（約合 240 億人民幣）。
▲ 到 2025 年，中國 DPU 市場規(guī)模預測（來源：頭豹研究院）
目前中國 DPU 產品主要由英偉達、英特爾、博通等國際芯片巨頭供應，同時中科馭數(shù)、大禹智芯、芯啟源、益思芯、星云智聯(lián)、云豹智能等國內 DPU 創(chuàng)企正組成推動 DPU 國產替代的生力軍。
▲ 國內主要 DPU 初創(chuàng)公司
從創(chuàng)立時間來看，國內 DPU 代表創(chuàng)企集中創(chuàng)辦于過去六年間，成立時間最早的是芯啟源。大禹智芯、益思芯、云豹智能集中在 2020 年 6-8 月創(chuàng)立，星云智聯(lián)則是今年 3 月剛成立。
結語：DPU 創(chuàng)業(yè)大幕剛剛拉開
作為新型數(shù)據中心最重要的芯片之一，DPU 正加速發(fā)展。在星云智聯(lián) CEO 于勇看來，未來十年，全球云計算和數(shù)據中心基礎架構將迎來顛覆性變革，基于 DPU 的統(tǒng)一通信服務平臺（CAAS）是這個未來架構的核心引擎。
從目前全球 DPU 產業(yè)格局來看，產品應用仍相對分散，盡管國際巨頭占據技術和市場優(yōu)勢，但國內外的代際之差并非難以逾越。所幸國內多家企業(yè)已經在探索商業(yè)化落地的道路上。
對于接下來的發(fā)展，大禹智芯 CEO 李爽判斷，DPU 需要朝兩個方向努力：一是提高虛擬化效率，二是提升流動數(shù)據的吞吐能力，以助力數(shù)據中心網絡跨入 100G 目標。
雖然無論是實現(xiàn)核心技術轉化為主營收入，還是讓 DPU 這個新興概念被更多客戶所接受，都尚需時日，但在產業(yè)鏈上下游廠商的共同努力下，相信未來會有更多公司投入這一新興賽道，共同推動國內 DPU 生態(tài)走向繁榮。
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