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DPU市场驶入快车道,行业应用加速落地

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Arm业务拓展副总裁邹挺

随着人工智能、云计算、大数据分析、深度学习等新兴领域的不断探索与演进,全球各行各业对大规模算力的需求也急速攀升,带动了科技产业不断地寻求新的大规模算力来源。被英伟达首席执行官黄仁勋喻为未来计算的三大支柱之一的DPU(数据处理器),正在这个时空背景下成为新的芯片门类,包括英特尔、英伟达等多家芯片公司,以及亚马逊、微软等公有云提供商,纷纷前仆后继涌入DPU的设计与应用,为云计算与数据中心提供新的加速计算模型。

DPU通过卸载、加速和隔离基础设施工作负载来提高数据中心的性能、效率与安全性,有效帮助释放CPU核心去运行业务应用程序。由于DPU连接主机系统,支持专用工作负载加速器和数据包处理等功能,DPU中的处理器能否提供出色的每瓦性能至关重要。据记者了解,基于对性能、功耗、面积以及成本等方面的综合考量,目前市场中DPU的设计厂商大部分都选用Arm核心进行开发,为云计算算力顶起一片天。

市场驶入快车道 Arm占领新机

2019年,英伟达以69亿美元的价格收购以色列网络芯片公司Mellanox,并于同年推出BlueField-2 DPU,自此拉开DPU高速发展的序幕。据赛迪顾问《中国DPU行业发展白皮书》对全球市场统计,预计2025年全球DPU产业市场规模将超过245.3亿美元,复合增速达51.73%,全球市场的爆发式增长阶段将出现在2023-2024年。市场报告显示DPU已进入快车道,产业链上下游也正在该领域积极布局。

当前市场上主要的DPU技术路线分为基于FPGA的DPU产品,以及采用Arm架构的DPU SoC产品。不同技术实现在成本、编程简易性和灵活性等方面各有利弊。具体而言,基于FPGA的技术路线具有较高的灵活性和可编程性,但所需的成本和功耗较高,芯片面积也更大;而DPU SoC的产品在顾及可编程、高灵活性等特性之余,还同时具备高性能、低功耗、低成本等优势,必然成为未来 DPU 发展的主流方向。目前,市场上DPU SoC的主流方案也开始以 Arm Neoverse 平台为设计基础。

Arm业务拓展副总裁邹挺对《中国电子报》记者表示:“一般来说,基于Arm架构的DPU SoC的板卡功耗只有基于FPGA架构DPU卡的三分之一。” 据悉,FPGA芯片的功耗本来就高,基于FPGA设计的DPU需要在电路板上集成CPU和FPGA两颗不同的芯片,对比于DPU SoC所集成的高性能、低功耗Arm CPU核心以及使用先进制程工艺生产,益加突出DPU SoC设计的板卡在功耗上的优势。此外,在这两种技术实现方式中对比,基于DPU SoC设计的板卡在成本方面也极具竞争力。

邹挺进一步表示,随着全球数字经济的高速发展,越来越多的数据需要被处理,近期大热的 ChatGPT,也离不开背后庞大的基础算力支持,同时对网络带宽提出更高要求,推动带宽从200Gbps迈进400Gbps。

“基于Arm Neoverse 平台所设计的DPU SoC,可在一颗芯片内部集成高性能CPU核心,同时集成了网络、存储和安全加速等功能。高性能CPU核心能够快速处理慢速路径的数据报文转发,完成大规模存储报文的处理,同时还负责 Hypervisor及主机管控的卸载。网络、存储和安全功能通过ASIC化,可以支持400Gbps甚至更高的带宽。在DPU SoC内部,CPU核心和网络、存储功能的相互配合,能够达到下一代数据中心DPU 100Mpps网络转发和10Miops存储的性能指标。”邹挺说。

始于云计算 应用于多样化市场

数据中心作为DPU目前最主要的应用场景之一,正在全球范围内加速落地。在邹挺看来,随着技术路线的日渐成熟,DPU已经被全球数据中心接纳。他表示,预计在未来三年内,数据中心的虚拟化、容器和裸金属服务器将全部部署DPU卡。DPU卡的大规模部署,再加上基于Arm架构的DPU SoC具备高性能、低功耗和低成本优势,能够给数据中心客户带来更高的TCO(总体持有成本)收益。

除了数据中心之外,智能驾驶、边缘计算、IoT等诸多应用场景的逐渐放量,也将加速英伟达和英特尔等厂商通过基于Arm架构DPU进行大规模应用,全球DPU市场有望在未来几年迎来爆发式增长。

DPU“大市场”的迅速发展也在推动众多差异化市场需求日益增长。记者在采访中了解到,面对不同的市场需求,不同DPU厂商研发出来的DPU架构和功能都不一样,也没有统一的标准。比如,有的厂商注重强化I/O能力;有的厂商关注路由转发;有的厂商重视存储卸载;还有的厂商更关注安全加密。基于Arm架构的DPU SoC将更加全面,具备多样化功能,能够满足用户差异化市场需求。

“DPU SoC的核心分为两大部分。一部分是网络、存储和安全加速,这部分功能主要由DPU厂商去实现,体现了DPU SoC的核心竞争力。另外一部分是通用CPU核心,能为用户提供高性能的计算能力。”邹挺对记者表示,面向边缘计算、数据中心服务器等多样化市场,Arm Neoverse平台N系列的高可扩展性CPU核心添加了专门针对基础设施市场的相关特性,包括48比特的物理地址空间、I-Cache一致性、更大的L2 Cache、与互联总线直接相连等特性。此外,Arm还提供相关的系统IP,使合作伙伴可以将Arm CPU核心和各种加速逻辑快速集成到一颗SoC中。

在逐步部署和适配标准化DPU产品的同时,不少厂商也希望开发出满足自身业务需求的定制化DPU产品。对此,邹挺认为,DPU SoC 将会是最终DPU产品的普遍形态。他表示,由于在能耗和性能等方面具备优势,Neoverse 平台,特别是 N 系列平台,将成为DPU SoC 方案的最佳选择。

Arm国内生态伙伴迎来DPU黄金发展期

这波DPU掀起的科技浪潮,在海内外正如火如荼地推进中,其中,多数产品采用了Arm架构的DPU SoC形态面市。包括英特尔推出的IPU Mount Evans采用了Arm Neoverse N1平台,并与谷歌云合作;Marvell推出的OCTEON 10 系列 DPU,选用了Arm Neoverse N2平台;英伟达也在其BlueField-3 DPU产品中采用Arm Cortex-A78 内核,该产品也被 Oracle 云基础设施选择作为其网络堆栈的最新部分,用于从CPU 卸载数据中心任务。

值得一提的是,中国作为发展最为迅速的DPU市场之一,拥有全球最强劲的算力需求和最丰富的细分应用场景。根据赛迪顾问发布的数据,中国DPU市场规模在2023年将超过300亿元,有望实现跳跃式增长,迎来黄金发展期。

“中国是Arm最重要的市场之一,我们将持续地为中国市场的合作伙伴提供对应的技术支持,孵化更多创新应用。”邹挺说,在芯片本土化浪潮中,以DPU为代表的领域涌现出了大量具有发展潜力的国内初创公司,这也为Arm与更多国内厂商进行技术交流、生态对接提供了重要机遇。

据悉,作为国内DPU行业独角兽企业的云豹智能也正投入新一代DPU SoC解决方案的开发中,计划为云计算和数据中心的服务商构建更加经济、高效、智能的云计算平台。通过自身在DPU领域的技术领先优势,结合Arm Neoverse平台所带来的技术优势为根基,云豹智能正与国内多家头部云厂商及运营商开展紧密合作,为大规模算力弹性扩展提供底层支撑,并同时极大地提升客户的服务质量和业务灵活性,降低整体投入,引领数据中心向算网融合持续演进。

责任编辑:张依依


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