作為數(shù)據(jù)中心繼CPU和GPU之后的第三顆主力芯片，DPU近年來(lái)熱度持續(xù)提升。

DPU，即數(shù)據(jù)處理器，具備強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)處理能力，以及安全、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)卸載功能，可釋放CPU算力，能夠完成CPU所不擅長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)壓縮等數(shù)據(jù)處理任務(wù)，并對(duì)各類(lèi)資源分別管理、擴(kuò)容、調(diào)度，即處理“CPU做不好，GPU做不了”的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心降本提效。

在AI時(shí)代，智算中心需要處理的數(shù)據(jù)量井噴，DPU能夠釋放智算中心的有效算力，能夠解決基礎(chǔ)設(shè)施的降本增效問(wèn)題，重要性和滲透率正逐漸提升。

三U一體，更適配智算時(shí)代的解決方案

“DPU這個(gè)概念是四年前被英偉達(dá)炒作起來(lái)的。在收購(gòu)了以色列公司Mellanox后，英偉達(dá)一躍成為業(yè)界首個(gè)既有CPU、GPU，也有DPU的數(shù)據(jù)中心完整解決方案的供應(yīng)商。”芯啟源創(chuàng)辦人盧笙在接受第一財(cái)經(jīng)專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)表示，芯啟源是國(guó)內(nèi)最早一批從事DPU研發(fā)的廠(chǎng)商之一，可以追溯到2018年，那個(gè)時(shí)候還稱(chēng)為智能網(wǎng)卡Smartnic。

“過(guò)去承載網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的是傳統(tǒng)網(wǎng)卡，后來(lái)誕生了智能網(wǎng)卡，四年前逐步演化為DPU。” 專(zhuān)注于智能計(jì)算芯片研發(fā)設(shè)計(jì)的中科馭數(shù)（北京）科技有限公司高級(jí)副總裁張宇告訴第一財(cái)經(jīng)。

2020年，英偉達(dá)發(fā)布的DPU產(chǎn)品戰(zhàn)略中將其定位為數(shù)據(jù)中心繼CPU和GPU之后的“第三顆主力芯片”，自此引爆了DPU概念。

如今，DPU已成為數(shù)據(jù)中心內(nèi)新興的專(zhuān)用處理器，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于加速數(shù)據(jù)中心中的安全、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)任務(wù)，針對(duì)高帶寬、低延遲的數(shù)據(jù)密集型計(jì)算場(chǎng)景提供動(dòng)力。DPU的核心作用是接管原本由CPU處理的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全和管理等任務(wù)，從而釋放CPU資源，并加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)。

“英偉達(dá)所做的智算中心的方案，其實(shí)都是三U一體的。英偉達(dá)三年前的DGX A100服務(wù)器、后面的DGX GH200等一系列，都是包含CPU、GPU和DPU的。當(dāng)然DPU里還有像RDMA這種智能網(wǎng)卡，這些其實(shí)都可以歸為DPU，它們本質(zhì)上是一個(gè)東西。所以從這個(gè)角度看，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)引領(lǐng)的，或者說(shuō)大家公認(rèn)的方向，是在智算中心里CPU加GPU加DPU三者協(xié)同。”張宇表示，通用數(shù)據(jù) 中心的方案則更多是CPU加存儲(chǔ)加網(wǎng)絡(luò)，一些云原生場(chǎng)景里對(duì)低時(shí)延高吞吐的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)處理也是剛需，智算場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理性能要求更高。

“如果把CPU比喻為大腦，用于整體控制，那么GPU則更像是肌肉，用于提供堅(jiān)實(shí)的充沛的并行計(jì)算的算力，而DPU則更像是血管和神經(jīng)，將GPU需要算的數(shù)據(jù)，通過(guò)DPU運(yùn)輸?shù)椒?wù)器中，完成控制指令交換和協(xié)議轉(zhuǎn)換。”張宇稱(chēng)。

“多PU的配合實(shí)際上是整體計(jì)算架構(gòu)的升級(jí)，從過(guò)去以通用CPU為主的架構(gòu)走向加速器為主的計(jì)算架構(gòu)，通過(guò)CPU、GPU、DPU、NPU等配合來(lái)提升整體計(jì)算方案的性?xún)r(jià)比。”張宇表示，“目前在技術(shù)方面，DPU已經(jīng)逐步趨向成熟，邊界也比較成熟。網(wǎng)絡(luò)安全加解密、零信任、網(wǎng)絡(luò)卸載，已經(jīng)基本上成為了DPU穩(wěn)定承載的功能。”

減少capex投入和能耗，具有一定性?xún)r(jià)比

作為CPU的卸載引擎，DPU最直接的作用是接管網(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，因此能夠有效釋放智算中心的算力，提升能效比。

“英偉達(dá)此前承認(rèn)其上一代生成式AI服務(wù)器的算力芯片的效率只有設(shè)計(jì)能力40%，我們測(cè)下來(lái)只有30%多，這意味著大部分算力是被閑置的，究其原因主要是在集群間等待計(jì)算產(chǎn)生的中間變量完成數(shù)據(jù)同步，網(wǎng)絡(luò)通路的能力限制了算力底座的上限，而這恰恰是DPU的真正價(jià)值所在。”盧笙表示，這使得DPU又被推到風(fēng)口浪尖。

在數(shù)據(jù)量爆炸的AI時(shí)代，DPU不僅能夠協(xié)助構(gòu)建兼具低時(shí)延、大帶寬、高速數(shù)據(jù)通路的新型算力底座，還能夠安全高效地調(diào)度、管理、聯(lián)通這些分布式CPU、GPU資源，從而釋放智算中心的有效算力。因此，DPU的部署能夠減少數(shù)據(jù)中心的一次性capex（資本性支出）投入。Cisco（思科）的數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)虛擬化技術(shù)，企業(yè)可以減少高達(dá)40%的服務(wù)器數(shù)量，同時(shí)提高資源利用率。

另一方面，DPU通過(guò)專(zhuān)用硬件加速網(wǎng)絡(luò)、安全和存儲(chǔ)任務(wù)，提高了數(shù)據(jù)中心的能效。

盧笙介紹，以中國(guó)移動(dòng)在浙江省SD-WAN這一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景為例，“通過(guò)芯啟源DPU網(wǎng)卡打造的軟硬件一體化解決方案，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)安全業(yè)務(wù)卸載，相較于傳統(tǒng)純軟件SD-WAN網(wǎng)絡(luò)方案，單機(jī)效率提升了6-8倍，整體項(xiàng)目也節(jié)約了80%的服務(wù)器部署投入和每年的軟件費(fèi)用等，極大降低了CAPEX投入；此外，由于機(jī)器部署減少，數(shù)據(jù)中心的能耗降低，經(jīng)測(cè)算每年可以節(jié)省超300萬(wàn)度電，同時(shí)極大降低了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本。”

成本方面，第一財(cái)經(jīng)了解到，DPU的研發(fā)和生產(chǎn)成本相對(duì)較高，特別是使用先進(jìn)工藝時(shí)，因而價(jià)格較高，但由于部署DPU解決方案，既能夠減少服務(wù)器設(shè)備數(shù)量，也能在后續(xù)運(yùn)行計(jì)算過(guò)程中節(jié)省能耗，因此整體系統(tǒng)成本上仍然具備一定性?xún)r(jià)比，但也要根據(jù)具體場(chǎng)景和應(yīng)用情況來(lái)討論。

未來(lái)三年是商用落地的關(guān)鍵時(shí)期

不過(guò)，目前DPU的滲透率提升仍面臨阻力。

專(zhuān)注于硬科技領(lǐng)域早期投資的創(chuàng)投機(jī)構(gòu)中科創(chuàng)星相關(guān)人士告訴第一財(cái)經(jīng)，DPU作為軟硬件協(xié)同的虛擬化架構(gòu)，需要與CPU中運(yùn)行的虛擬化軟件棧進(jìn)行有效對(duì)接，同時(shí)，DPU的硬件設(shè)計(jì)必須考慮到與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性和集成性；其次，DPU的架構(gòu)和接口尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品存在差異，這給用戶(hù)在使用、維護(hù)和升級(jí)時(shí)帶來(lái)挑戰(zhàn)；此外，軟件生態(tài)尚未成熟，缺乏完善的開(kāi)發(fā)工具、驅(qū)動(dòng)程序和操作系統(tǒng)支持，“但目前已經(jīng)有公司在做”。

盧笙表示，DPU需要專(zhuān)用的高效指令集，這也是其核心競(jìng)爭(zhēng)力所在，剩下三分之二的工作則是圍繞指令集打造生態(tài)，生態(tài)建設(shè)是DPU行業(yè)的核心壁壘，生態(tài)建設(shè)的成熟度決定了產(chǎn)品商業(yè)化落地的速度。

整體來(lái)看，DPU產(chǎn)業(yè)目前仍以國(guó)外企業(yè)為主導(dǎo)，三大巨頭英偉達(dá)、博通和英特爾的份額占比較高，亞馬遜、微軟這些科技公司也在跟進(jìn)。國(guó)內(nèi)方面，中國(guó)移動(dòng)、阿里等大企業(yè)也在研發(fā)專(zhuān)用的DPU，初創(chuàng)企業(yè)如芯啟源、中科馭數(shù)、大禹智芯等也取得了相應(yīng)的成果或進(jìn)步。

“國(guó)內(nèi)外的DPU技術(shù)發(fā)展處于同一階段，但國(guó)外企業(yè)積累更深厚一些。在我看來(lái)，DPU產(chǎn)業(yè)其實(shí)已經(jīng)逐步走向成熟和快速落地的階段。國(guó)外可能比國(guó)內(nèi)可能走得更早更快一點(diǎn)。”張宇表示。

在DPU商業(yè)化落地方面，目前國(guó)內(nèi)僅有華為、阿里、中興等大型云廠(chǎng)商，以及芯啟源、中科馭數(shù)等少數(shù)DPU新勢(shì)力已實(shí)現(xiàn)商用。信通院預(yù)計(jì)，2025年我國(guó)數(shù)據(jù)中心DPU滲透率可達(dá)到12.7%。

張宇認(rèn)為，DPU走到當(dāng)前階段，更重要是與云在IaaS這一層的深度融合，尤其是如何給客戶(hù)提供全面、便捷、透明的純軟件的IaaS方案，使他們能夠平滑地遷移到用DPU來(lái)支撐這種高能效比的云方案。

“這塊的遷移需要行業(yè)的共同努力，并且需要持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，甚至要以年來(lái)計(jì)。”張宇稱(chēng)，“亞馬遜云就走得比較快，他們研發(fā)實(shí)力比較強(qiáng)，已經(jīng)完成了IaaS on DPU的轉(zhuǎn)換，但對(duì)國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)來(lái)說(shuō)，步伐不會(huì)邁得太大，可能會(huì)從最痛的幾個(gè)點(diǎn)先透明地用起來(lái)，比如OVS卸載、網(wǎng)絡(luò)升級(jí)等。”

“DPU的商業(yè)化不僅僅依靠于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的IaaS領(lǐng)域，也包括網(wǎng)絡(luò)安全、高性能存儲(chǔ)、集群通信等諸多的行業(yè)和領(lǐng)域。”盧笙表示，芯啟源多年來(lái)深耕“DPU for Security”方向，將DPU應(yīng)用于諸如防火墻、安全網(wǎng)關(guān)等產(chǎn)品，目前已進(jìn)入深信服網(wǎng)安產(chǎn)品線(xiàn)，成為標(biāo)配擴(kuò)展卡，解決了諸如Intel CPU大象流處理能力不足等業(yè)界難題。

“從目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，如果技術(shù)發(fā)展符合預(yù)期，大概2025-2027年會(huì)有一個(gè)爆發(fā)。”上述中科創(chuàng)星相關(guān)人士表示，原因在于，隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)、AI和云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，服務(wù)器市場(chǎng)會(huì)迎來(lái)一個(gè)增長(zhǎng)，尤其是在金融、政府和電力用戶(hù)領(lǐng)域，不僅需要大量的DPU來(lái)處理數(shù)據(jù)，提升計(jì)算效率，還需要DPU發(fā)揮安全性的優(yōu)勢(shì)。

“DPU芯片確實(shí)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用了，目前的增速在每年20%-30%。但DPU的行業(yè)特質(zhì)就是需要保持穩(wěn)定性，需要穩(wěn)定在集群上運(yùn)行幾個(gè)月再擴(kuò)集群。”張宇表示，更重要的一點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)信創(chuàng)行業(yè)的發(fā)展來(lái)看，這兩三年會(huì)是非常關(guān)鍵的時(shí)期，是每家DPU廠(chǎng)商都需要把握好的關(guān)鍵時(shí)間窗口。

“DPU還不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，商業(yè)化上量的過(guò)程需要結(jié)合市場(chǎng)的需求和不同應(yīng)用場(chǎng)景的深入打磨，需要上下游廠(chǎng)家協(xié)同，從幾百片小規(guī)模試點(diǎn)到上萬(wàn)片的大規(guī)模部署需要積跬步至千里。”盧笙表示，DPU的商業(yè)化需要全行業(yè)伙伴共同努力，加強(qiáng)彼此的生態(tài)互信與合作，在國(guó)產(chǎn)化CPU+GPU+DPU的3U一體商業(yè)化之路攜手前行。