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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）在1G/10G的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段，就已經(jīng)有了標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡NIC投入應(yīng)用，滿足基本的數(shù)據(jù)包傳輸和接收工作。但隨著云計(jì)算、虛擬化、機(jī)密計(jì)算等追求更高性能和更多功能的場(chǎng)景出現(xiàn)，傳統(tǒng)的網(wǎng)卡已經(jīng)無(wú)法滿足大家的需求，CPU需要進(jìn)一步減輕在網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和安全負(fù)載，所以整個(gè)行業(yè)邁入了智能網(wǎng)卡階段。

在SmartNIC智能網(wǎng)卡階段，絕大多數(shù)產(chǎn)品都是基于FPGA打造的，但數(shù)據(jù)中心對(duì)IO性能要求越來(lái)越高，就連如今的這些網(wǎng)卡都需要參與更多的數(shù)據(jù)處理工作，也就慢慢轉(zhuǎn)向人們口中常說(shuō)的DPU，在高速的NIC數(shù)據(jù)路徑上加入更多的處理器核心，靠軟件定義網(wǎng)絡(luò)。從2020年開始，DPU市場(chǎng)廣受資本市場(chǎng)追捧，不少?gòu)S商都在這個(gè)階段開啟了收購(gòu)，然后紛紛將產(chǎn)品更名為xPU。

從技術(shù)路線上，DPU也被分成了三種，一種是NIC與FPGA或CPU核心依靠PCIe等技術(shù)相連的混合解決方案，另一種是NIC和處理器核心高度集成在一個(gè)SoC內(nèi)的方案，最后則是純粹的高度并行化FPGA方案。

然而到了2024年，DPU市場(chǎng)明顯達(dá)到了一個(gè)新的十字路口。首先DPU在超大規(guī)模云服務(wù)商的受歡迎程度越來(lái)越高，DPU也成了他們實(shí)現(xiàn)差異化最佳的方式之一。幾大DPU廠商仍在推陳出新，但由于產(chǎn)量、封閉等原因，我們還是沒(méi)能看到DPU以更大的規(guī)模在服務(wù)器上鋪開，即便是在應(yīng)用最多的超大規(guī)模云服務(wù)商的服務(wù)器上，其部署率也不過(guò)剛突破50%。

英偉達(dá)，DPU+SuperNIC

2019年3月，英偉達(dá)斥資69億美元收購(gòu)了Mellanox，也因此收獲了其BlueField IP，并開始推行DPU的概念。GTC2020年上，英偉達(dá)很快就宣布了由他們打造的首個(gè)BlueField DPU卡BlueField-2，隨后又公開了將Ampere架構(gòu)的GPU集成在同一張卡上的BlueField-2X，利用GPU來(lái)提升其算力。

2021年，英偉達(dá)宣布了其最新的BlueField-3，集成了至多16個(gè)Arm A78核心，支持PCIe 5.0。但也就是從這一代開始，英偉達(dá)對(duì)于BlueField的定位出現(xiàn)了分支，也就是全新的SuperNIC。在英偉達(dá)的描述中SuperNIC又是一個(gè)用于提升網(wǎng)絡(luò)性能的設(shè)備，與SmartNIC、DPU和IPU聽起來(lái)好像也沒(méi)有什么不同。但SuperNIC專門針對(duì)AI加速網(wǎng)絡(luò)做了優(yōu)化。

BlueField DPU路線圖 / 英偉達(dá)

其中BlueField-3 DPU和過(guò)去的DPU產(chǎn)品定位保持一致，用于卸載和加速網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全和管理功能。而BlueField-3 SuperNIC則主要用于網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)更密集、需要大量并行運(yùn)算的場(chǎng)景，也就是AI服務(wù)器/GPU服務(wù)器。

在拓展效率上，SuperNIC也要更強(qiáng)一些。比如在單個(gè)系統(tǒng)中，往往只能容納1到2個(gè)BlueField-3 DPU，卻可以容納至多8個(gè)BlueField SuperNIC。而且單個(gè)系統(tǒng)中，GPU與SuperNIC 1：1的比例能夠進(jìn)一步提升AI服務(wù)器的效率。

今年即將推出的BlueField 4將進(jìn)一步增加晶體管規(guī)模的同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能將用于支持800Gbps的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。不僅如此，英偉達(dá)決心在其算力上實(shí)現(xiàn)巨大提升，從BlueField-3的1.5TOPS，直接暴漲到1000TOPS。

AMD，SmartNIC+Pensando

為了在服務(wù)器市場(chǎng)搶占更多的市場(chǎng)份額，我們可以看到AMD這幾年不斷地在CPU和GPU的設(shè)計(jì)上推陳出新，一點(diǎn)點(diǎn)地蠶食英特爾的市場(chǎng)份額，除此之外在SmartNIC和DPU領(lǐng)域，AMD也有所布局。

首先是SmartNIC，作為FPGA大廠，Xilinx在被AMD收購(gòu)前已經(jīng)有了優(yōu)秀的Alveo系列SmartNIC產(chǎn)品陣容，尤其是在對(duì)延遲極為敏感的金融電子交易領(lǐng)域，AMD Alveo系列加速卡可謂一騎絕塵。以最新的Alveo UL3524為例，其收發(fā)延遲可以降低至3ns以下。

在DPU上，AMD也欲與英偉達(dá)、英特爾同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。2022年4月，AMD宣布斥資19億美元購(gòu)買DPU廠商Pensando。Pensando作為市面為數(shù)不多的DPU廠商，主要優(yōu)勢(shì)在于極高的性能。從其路線圖上來(lái)看，目前AMD已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第一代DPU Capri（200G）和第二代Elba（400G）兩大DPU的量產(chǎn)。AMD去年也發(fā)布了基于其P4 DPU管線結(jié)合16個(gè)Arm A72核心的Giglio，在第二代的Elba DPU的基礎(chǔ)上對(duì)功耗和性能進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。

Pensando DPU路線圖 / AMD

AMD預(yù)計(jì)在今年會(huì)發(fā)布第三代Pensando DPU，Salina。Salina將采用5nm工藝打造，實(shí)現(xiàn)兩倍于上一代的性能，與英偉達(dá)的BlueField 4一樣支持800G網(wǎng)絡(luò)。而且AMD在Pensando DPU上做好了前向兼容，節(jié)省了應(yīng)用程序開發(fā)所需的時(shí)間。

也正是在收購(gòu)后不久，AMD就宣布其Pensando卡成為首批支持由戴爾、HPE和聯(lián)想等頭部服務(wù)器供應(yīng)商提供的VMware vSphere 8的DPU解決方案之一，在vSphere 的支持下，服務(wù)器的CPU網(wǎng)絡(luò)服務(wù)負(fù)載將進(jìn)一步降低。除了服務(wù)器廠商之外，AMD Pensando也已經(jīng)收獲了Azure、IBM Cloud和Oracle Cloud等云服務(wù)客戶。

在AMD去年Q1的財(cái)報(bào)會(huì)議上，AMD提到他們的Pensando DPU正在為微軟的Azure提供加速連接服務(wù)。在支持的實(shí)例中，每個(gè)設(shè)備都部署了六個(gè)高性能的AMD Pensando DPU，所有用戶程序的虛擬機(jī)都能訪問(wèn)這些DPU。微軟的加速連接作為一項(xiàng)vNIC租賃業(yè)務(wù)，用戶可以通過(guò)開啟該服務(wù)來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)連接效率，相比傳統(tǒng)的SmartNIC而言，每秒連接數(shù)提升超過(guò)10倍。

大量普及卻“封閉”的DPU生態(tài)

要說(shuō)市面上最為普及的DPU，那必定是亞馬遜的AWS Nitro系列產(chǎn)品，盡管亞馬遜并沒(méi)有用到DPU這個(gè)名字。2016年，亞馬遜收購(gòu)了以色列公司Annapurna Labs，隨后就在內(nèi)部開啟了最早的自研服務(wù)器芯片計(jì)劃，Nitro。

截至今日，亞馬遜自研的AWS Nitro芯片已經(jīng)迭代了5個(gè)版本，AWS云服務(wù)上500多種實(shí)例都集成了AWS Nitro芯片?？紤]到AWS全球第一大云服務(wù)商的規(guī)模，AWS Nitro可謂是名副其實(shí)的第一大DPU。

然而，AWS Nitro是并不對(duì)外出售的，屬于AWS獨(dú)占的自研產(chǎn)品。很明顯，自研的DPU更能節(jié)省成本，并針對(duì)自己的服務(wù)器架構(gòu)量體裁衣，這樣一個(gè)大幅提高競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，亞馬遜自然不會(huì)選擇對(duì)外出售。

采取同樣策略的基本是云服務(wù)廠商，包括阿里巴巴和微軟。阿里云的MoC卡/神龍芯片CIPU也是類似的產(chǎn)品，從2016年起，阿里巴巴就開始自研相關(guān)的虛擬化芯片了，直到2018年MoC卡的正式落地。2021年云棲大會(huì)，阿里云發(fā)布了第四代神龍架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)操作的完全硬件卸載，進(jìn)一步增強(qiáng)存儲(chǔ)IO和網(wǎng)絡(luò)IO性能，并率先支持大規(guī)模的彈性RDMA加速。

去年年初，微軟正式宣布收購(gòu)DPU開發(fā)商Fungible。這家DPU廠商一度陷入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)較大，但產(chǎn)品難產(chǎn)的局面，此前被傳出售給Meta失敗后，已經(jīng)在采取裁員和縮減產(chǎn)品組合。隨著微軟收購(gòu)后，其團(tuán)隊(duì)都將加入微軟的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)。盡管收購(gòu)至今，微軟還沒(méi)有拿出對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品，但可以想象其DPU方案必定會(huì)廣泛用于Azure云服務(wù)器，從而拋棄第三方的方案，或是為后者統(tǒng)一接口。

寫在最后

據(jù)市場(chǎng)研究公司Dell'Oro Group的預(yù)測(cè)，從DPU概念興起的2020年到2028年，市場(chǎng)總值將維持25%的年復(fù)合增長(zhǎng)率，其中絕大多數(shù)市場(chǎng)份額來(lái)自排名前四的美國(guó)云服務(wù)廠商，其次才是來(lái)自中國(guó)的前四大云服務(wù)廠商。

排除掉自研的云服務(wù)廠商們，DPU市場(chǎng)并不算大，在20億美元左右，但持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭并沒(méi)有減弱。即便是第三方DPU方案商，比如英偉達(dá)、AMD、英特爾、Marvell、Achronix和云豹智能等，也有機(jī)會(huì)憑借著更高的性能和AI服務(wù)器的熱潮，打進(jìn)頭部云服務(wù)商的服務(wù)器中。但對(duì)于更小規(guī)模的組織來(lái)說(shuō)，他們依然面臨著選擇受限、部署困難的問(wèn)題。

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