2021年7月24日，由江苏省当年网罗创新征询院垄断、SDNLAB经办的2021中国5G网罗创新论坛上2024年uG环球轮盘，多家机构道到了DPU的进展，咱们对此进行了整理，以飨读者。

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5G期间带来通讯带宽的普遍晋升，更多的带宽使能更多的应用。数据量的迅猛增多以及处事器网罗带宽的快速增长皆照旧远超谋略身手的增长，有线速I/O处理需求的应用缺陷受到CPU和内存的扫尾，现有系统也会因为CPU资源占用而导致延迟加多，包处感性能出现波动。

5G期间带来互联结尾开发的大爆发，也带来数据大爆发。据统计2019年巨匠产生数据45ZB，展望到2024年这一数字将达到142ZB，其中24%的数据将来自结尾及时数据。海量数据条目下低时延网罗传输及数据处理的算力需求及性能压力普遍。

5G期间带来个性化定制私域网罗期间。5G网罗不啻用于公众客户，更主要的赋能九行八业，行为新基建的进攻构成，鞭策社会发展。5G将大量部署在网罗旯旮，提供及时应用和处事。据IDC统计，近10年来巨匠算力增长显着滞后于数据的增长。每3.5个月巨匠算力的需求就会翻一倍，远超算力增长的速率。算力，行为先进坐褥力，承载了十万亿好意思元领域经济。在5G的鞭策下，谋略组织从“端-云”一体，到“端-旯旮-云”一体;从内存谋略发展到网内谋略。基础模范云资源行为5G发展的进攻基石，也发生了极大的变化。

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5G MEC是一种漫衍式谋略部署架构，将谋略身手、业务以及部分5G网罗身手部署到网罗旯旮，完了低时延的迅速数据处理、明锐数据腹地处理。MEC不错很好的适配低频、频次不细目性同期时候明锐的业务场景。(起原：网罗通讯与安全紫金山实验室)

5G MEC包括5G网关UPF、旯旮应用平台MEP、行业应用APP以及凭空化基础模范。5G MEC行为一神色开发部署在蚁集结尾用户侧的旯旮位置，提供大带宽、低时延的网罗连气儿身手，AI、图像渲染等谋略身手，以及面向行业的安全身手。

旯旮谋略将从传统的蚁集式互联网交换(Internet Exchange IX)模子膨大到旯旮交换模子。位于旯旮的最终用户和开发隔离主要IX点，流量到达这些位置所需的距离会贬低性能并显贵加多传输资本。网罗互联需要在蚁集最终用户的临了一公里网罗隔邻的旯旮进行。数据在旯旮互联和分享，不波及中枢网。旯旮互联将更多流量保留在腹地。

低延迟网罗是旯旮谋略的进攻构成，要求网罗节点尽可能蚁集腹地。跟着越来越多的数据在腹地产生本保存，网罗互联密度将在旯旮激增，主干网将延迟到旯旮，平等互联和数据交换将发生在接上钩的1-2跳内。跟着旯旮谋略基础模范的建造，好多模范将涌现网罗间数据交换点的作用。网罗会聚于这些节点，为旯旮处事提供撑握，贬低旯旮处事延迟，裁减光纤距离，减少网罗跳数。跟着谋略向旯旮膨大，网罗交叉连气儿也将愈加分散。展望到2025年，75%的数据将在工场、病院、零卖、城市的旯旮产生、处理、存储和分析。

5G具有纯果真前导码，以餍足低延迟连气儿的需求。跟着旯旮谋略需求的增长，现有的回传网罗处理速率无法匹配5G网罗数据产生的速率和容量需求，需要在旯旮部署新的、更快和更高容量的路由。

5G凭空化网罗功能需要高度漫衍式的数据中心。这类数据中心不错部署充足多的处事器，在启动5G网罗的同期启动旯旮云处事。

将责任负载置于旯旮要求对应用构建和启动的阵势进行诊疗，让代码不错从数据中心的处事器到客户时局开发中的微限度器。需要照看高度漫衍式的应用和数据，编排大领域的旯旮操作。(云原生时间和DevSecOps时间)推送到旯旮的代码应该是自包含的，每个组件必须好意思满，包含代码、竖立、库以及软件界说的环境，代码行为一个举座构建、测试和部署，确保容器或凭空机不错在职何场地启动。

在云基础模范领域，CPU用于通用谋略，构建应用生态，凭空化时间举例Hypevisor等占用大量的内存和CPU资源，而信得过用作分享的资源受到较大的影响。以网罗条约处理为例，领悟报文需要接近100个cycle，线速处理10G的网罗需要约4个Xeon CPU的核，单作念网罗数据包处理，就不错占去一个8核高端CPU一半的算力。而GPU用于加快谋略，专注于图像处理、流媒体处理，并不竭朝着AR、VR处理，AI加快的标的发展。在云基础模范领域，需要一种时间，大概卸载CPU负荷，最大限制的将硬件资源分享给田户。

十年前，网罗处理器(NP)主要用于包处理、条约处理加快，应用在多样网关、防火墙、UTM等开发上，多取舍多核NOC架构。自后Intel推出了DPDK时间，在用户空间上行使本身提供的数据平面库手法数据包，绕过linux内核条约栈，极大晋升了包转发速率，正本需要NP来完了的网关类开发，当今X86就能餍足性能要求。而DPU则是5G期间集网罗加快为一体的新式数据处理单位。DPU里面交融了RDMA、网罗功能、存储功能、安全功能、凭空化功能。接办CPU不擅长的网罗条约处理、数据加解密、数据压缩等数据处理任务，同期兼顾传输和谋略的需求。DPU起到连气儿关键的作用，一端连气儿CPU、GPU、SSD、FPGA加快卡等腹地资源，一端连气儿交换机/路由器等网罗资源。总体而言，DPU不仅提高了网罗传输服从，并且开释了CPU算力资源，从而带动举座数据中心的降本增效。

1950年以来，CPU是谋略机或智能开发的中枢

1990年以来，GPU登上舞台

而5G的期间是数据改进期间，亦然DPU的期间。

DPU是十分于智能网卡的升级版块，增强了网罗安全和网罗条约的处理身手，增强了漫衍式存储的处理身手，将软件界说网罗、软件界说存储、软件界说加快器交融到一个有机的举座中，责罚条约处理，数据安全，算法加快等谋略负载，替代数据中心用于处理漫衍式存储和网罗通讯的CPU资源。

DPU履行上是分类谋略，是将数据处理/预处理从CPU卸载，同期将算力漫衍在更蚁集数据发生的场地，从而贬低通讯量，涵盖基于GPU的异构谋略，基于网罗的谋略(In-NetworkComputing)、基于内存(In-Memory-Computing)的谋略等多个方面。DPU定位于协同处理单位，是数据面与限度面分离想想的一种完了，其与CPU调和配合，后者认真通用限度，前者专注于数据处理。在局域网场景下DPU通过PCIe/CXL等时间连气儿吞并旯旮内多样CPU、GPU，广域网场景下主要通过Ethernet/infiniband等时间完了旯旮与旯旮间、旯旮与云之间的连气儿。

DPU包括特定的报文处理引擎，如P4、POF等，此外还包含ARM等协处理器大概处理路由器场景中的大量分支预测。具备低延迟的交换身手，能将不同类型的数据包快速分发给不同的处理单位。

基于DPU的网罗处理模块是实足可编程的。比较于ASIC，DPU能跟着网罗、条约、封装和加密算法的快速变化，以软件的速率改革硬件的身手。通过DPU提高每个网罗节点上的谋略身手，比较标准网卡，同等算力所需的处事器数目更少，贬低了前期资本、空间、电力和散热的要求，DPU会贬低大领域部署网罗处事的TCO。

DPU将成为新的数据网关，集成安全功能，使网罗接口成为秘密的鸿沟。可将支出普遍的加解密算法如国密标准的非对称加密算法SM2、哈希算法SM3和对称分组密码算法SM4，交由DPU处理。当年，跟着区块链时间的老练，共鸣算法POW、验签等皆会挥霍大量的CPU算力也不错固化在DPU中。

DPU将成为存储的进口。漫衍式系统中NVMeof条约膨大到InfiniBand或TCP互联的节点中，完了有储的分享和汉典探访。这些数据流的条约处理不错集成在DPU中，行为多样互联条约限度器。

DPU将成为云处事提供商照看资源的用具，云处事提供商将云资源照看占用全手下千里至DPU，将CPU、GPU全部开释出来，行为基础模范提供给云田户。提供者与使用者两者之间的资源严格永别，照看界面明晰，便捷使用。

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不同厂商DPU完了阵势不一：

英伟达 2019年3月，收购以色列芯片公司Mellanox，其推出的BlueField-2包括8个ARM Cortex-A72核及多个专用加快核区域。DOCA(data center infrastructure-on-a-chip Architecture)行为 DPU上的软件开发平台，提供标准API，将驱动缺陷、库、示例代码、文档和与包装的容器组合在统共，撑握基于DPU应用和处事的快速开发。

英特尔，收购了深度学习芯片公司Nervana System，以及转移和镶嵌式机器学习公司Movidius，将CPU与FPGA联接在统共构建DPU。提供DPDK(Intel Data Plane Development Kit)，为用户空间高效的数据包处理提供库函数核驱动的撑握，通过SR-IOV时间，完了不同应用通过DMA径直与PCIe开发统共责任。FPGA膨大到300万个逻辑单位，不错与其他处理模块统共完了网罗、内存、存储和谋略。

Broadcom基于Arm完了DPU，主要面向交换机、路由器芯片。以NetXtreme E系列限度器为基础，搭载TruFlow时间，推出了Stingray SmartNIC。

Xilinx 2019年收购了solarFlare，其最新发布的Alveo SN1000系列基于 16nm UltraScale+FPGA架构，容量为100万个LUT，包含一个NXP的16核ARM处理器，不错在FPGA上每秒处理400万个情景连气儿和1亿个数据包。其solarFlare onload(TCPDirect)功能应用于巨匠90%的金融来回所。

AWS Nitro，取舍了网罗卡、存储卡、限度器卡多卡形态来完了DPU功能。收购了以色列芯片上Annapurna labs。

阿里云，推出了MOC卡居品，集成了志强D处理器、FPGA，是一种单卡形态居品。

从2021中国5G网罗创新论坛上英伟达沈宇希嘉宾的演讲中获知，英伟达的BlueField-2取舍SoC架构策划，最大200Gbps带宽，编码阵势撑握NRZ 25Gbps模式和PAM4 50Gbps模式，内置ConnectX-6 Dx网卡芯片，撑握RDMA，同期撑握TLS/IPSec。

DPU不错提供及时常钟。搭载ConnectX-6DX的DPU，通过PHC2SYS大概完了处事器与网卡之间400ns的同步精度，ConnetX-6DX之间借助PTP4l不错完了20ns的同步精度，餍足5G无线DU时钟同步需求。

DPU增强旯旮网罗部署智能。DPU撑握裸金属、凭空化、容器化部署模式。裸金属限度层通过DPU仿真NVMe开发，数据层借助DPU的ASIC芯片高速转发，并通过NVMatrix基于Infiniband或RoCEv2无损网罗连气儿后端高通量分部式集群。DPU可为裸金属物理机接入纯真可膨大的高速云盘处事。

DPU不错提供纯真可膨大的网罗开发。DPU不错竖立为两类开发：一类为NVIDIA原生开发，包括PF/VF、SF;另一类为VirtIO-Net开发。其中，SF特意针对基于裸金属的大领域容器开发，功能与VF开发十分，撑握RDMA、内核条约栈，开启无需绽开SR-IOV。该DPU最大撑握512个SF(SubFunction)。

图3：DPU线路图

DPU对网罗加快。DPU取舍了ASAP2网罗加快时间。ConnetX-6DX内置了Embeded switch(E-Switch)，大概完了网罗开发之前的数据交换和处理。E-Switch可编程，撑握查表操作及表跳转，表项与OVS数据面匹配。OVS数据面可卸载至E-Switch，通过ASIC完了了内核OVS的卸载，转发性能高。通过ASAP2 将OVS数据面、限度面、照看面分开，后两者通过DPU的ARM谋略组件来完了，数据面卸载到E-Switch，从而完了加快的后果。E-Switch撑握多种Overlay条约的卸载，如VXLAN、GRE等，撑握报文头修改，完了NAT功能。E-Switch撑握Connection Track，完了TCP连气儿的情景监控，此外还撑握流量统计和限速、镜像;E-Switch与现有SDN限度器及编排用具无缝兼容。基于该DPU，裸金属云不错快速部署，完了网罗性能的晋升。

DPU提供高可靠的存储。比较于智能网卡，DPU加多了存储卸载功能，通过SNAP时间向主机OS呈现多个存储开发。应用对DPU的探访由IO Processor长入处理，包括SPDK和硬件卸载两种处理阵势。用户不错在DPU连气儿的存储开发上装置操作系统，并启动，从而构建腹地实足莫得磁盘的裸金属架构，完了比腹地磁盘更高的可靠性。田户对存储的界说和探访皆通过DPU完成，对主机操作系统无依赖，同期不错充分行使远端存储撑握数据快速迁徙(分钟级)。

面前2024年uG环球轮盘，天然有广阔巨头的参与，DPU市集仍然处于低级阶段。跟着网罗流量指数高潮，在职何有大流量的场地，DPU皆将存在，市集远景广阔。在DPU加握下，5G期间边云协同、云网一体皆将慢慢成为现实。