本文來(lái)自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫”，由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID:ICVIEWS）綜合。
目前全球前十大IC設(shè)計(jì)廠(chǎng)商紛紛開(kāi)始推廣DPU，其中有多家廠(chǎng)商通過(guò)并購(gòu)方式快速進(jìn)入DPU市場(chǎng)。
數(shù)據(jù)處理單元（Data Processor Unit；DPU）的主力廠(chǎng)商英偉達(dá)（NVIDIA）、英特爾(Intel)、AMD、博通（Broadcom）與Marvell等，大多都是通過(guò)并購(gòu)的方式快速進(jìn)入市場(chǎng)，現(xiàn)下支持P4語(yǔ)言的網(wǎng)絡(luò)通信芯片被視為重要的技術(shù)選項(xiàng)，此外，亞馬遜(Amazon)、微軟（Microsoft）與阿里巴巴等云端服務(wù)廠(chǎng)商亦自行研發(fā)DPU。
DPU風(fēng)起
DPU最直接的作用是作為CPU的卸載引擎，接管網(wǎng)絡(luò)虛擬化、硬件資源池化等基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)，釋放CPU的算力到上層應(yīng)用。理論上是繼CPU、GPU之后，設(shè)置在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的第三顆主力芯片。DPU的概念最早是由美國(guó)初創(chuàng)公司Fungible提出的。在Fungible的定義中，DPU是一種運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的SoC，其主要目標(biāo)是通過(guò)承擔(dān)原本由CPU承擔(dān)的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和安全的加速處理任務(wù)，滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)側(cè)的專(zhuān)用計(jì)算需求，以此優(yōu)化和提升數(shù)據(jù)中心效能。事實(shí)上，由于制程接近邊際效益、摩爾定律逐漸失效的緣故，如今CPU芯片的性能增長(zhǎng)正在逐年放緩，CPU的性能從5-10年前每年30%的增幅，到三年前大概只有每年不到3%的性能增幅。
由于云端應(yīng)用的豐富、數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)大、數(shù)字化進(jìn)展的驅(qū)動(dòng)，近些年來(lái)網(wǎng)絡(luò)帶寬正在飛速上漲，這也導(dǎo)致了目標(biāo)算力、網(wǎng)絡(luò)帶寬與計(jì)算性能的失調(diào)，進(jìn)一步加劇了服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上CPU的計(jì)算負(fù)擔(dān)，CPU的算力幾乎已經(jīng)無(wú)法應(yīng)對(duì)大量云計(jì)算帶來(lái)的負(fù)擔(dān)。在這種背景下，DPU自然應(yīng)運(yùn)而生。
DPU的競(jìng)爭(zhēng)
現(xiàn)已進(jìn)行DPU研發(fā)的廠(chǎng)商多透過(guò)并購(gòu)快速進(jìn)入市場(chǎng)，比如德國(guó)的Barefoot與美國(guó)的Pensando皆擁有相關(guān)的軟硬件技術(shù)，先后分別被英特爾與AMD并購(gòu)。DPU領(lǐng)導(dǎo)者英偉達(dá)于2020年并購(gòu)Mellanox后，即推出BlueField系列DPU，并加速完善其軟硬件生態(tài)系統(tǒng)，未來(lái)以強(qiáng)化運(yùn)算效能為重要方向。大型云端資料中心為DPU使用場(chǎng)景最廣泛的領(lǐng)域，以大型云端資料中心廠(chǎng)商而言，美國(guó)與中國(guó)正在積極自行研發(fā)DPU。
目前幾種主流的DPU架構(gòu)各不相同，大致可以分為ASIC Based、FPGA Based以及SOC Based三種類(lèi)型。FPGA架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于靈活性，其具備豐富的邏輯單元實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)快速的并行處理，但編程難度較大且價(jià)格高昂，難以提升滲透率。基于ASIC架構(gòu)自研芯片，產(chǎn)品具有獨(dú)特性，將有效滿(mǎn)足用戶(hù)差異化需求。ASIC盡管在靈活性上相對(duì)受限，但量產(chǎn)成本低廉且性能更為優(yōu)越，可以提供最高的性?xún)r(jià)比。目前使用ASIC Based的有英特爾，使用FPGA Based的包含AMD和英特爾，基于SOC的有AMD、英偉達(dá)和Marvell幾家。
DPU的發(fā)展趨勢(shì)
多功能集成、更便利的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)整合是DPU的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)的一定時(shí)期內(nèi)，DPU還將繼續(xù)發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，具有三方面發(fā)展趨勢(shì)。
第一，結(jié)構(gòu)通用化，功能多樣化。DPU芯片的體系結(jié)構(gòu)將向通用、專(zhuān)用兩方面并舉發(fā)展。一方面，結(jié)構(gòu)更加通用，DPU通過(guò)定義軟件生態(tài)和系統(tǒng)的可用性，可使其承載更復(fù)雜的業(yè)務(wù)生態(tài)。另一方面，DPU有望成為智能網(wǎng)卡的下一代核心引擎，將擁有執(zhí)行協(xié)議處理、數(shù)據(jù)安全、算法加速等多樣化的專(zhuān)用任務(wù)。
第二，應(yīng)用廣泛化，場(chǎng)景豐富化。未來(lái)，DPU將承載更加豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，例如作為主機(jī)CPU的卸載引擎，釋放其算力至應(yīng)用；成為新的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，將安全隱私提升到一個(gè)新的高度；成為存儲(chǔ)的入口，將分布式的存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)本地化；成為算法加速的沙盒，成為靈活的加速器載體。因此相比傳統(tǒng)的智能網(wǎng)卡有著更加豐富的應(yīng)用方向，云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全、高性能計(jì)算及AI、通信及邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及流媒體等。
第三，編程易用化，生態(tài)成熟化。DPU將在未來(lái)的開(kāi)發(fā)中擁有通用且易用可編程平臺(tái)，更方便地通過(guò)中間件和接口實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)發(fā)，更加強(qiáng)調(diào)通用、無(wú)縫銜接、可遷移、可直接調(diào)用，其生態(tài)也將愈加成熟。
