DPU： 呼之欲出的百億賽道

　　作者： 來(lái)莎莎

　　[ DPU的概念最早由硅谷創(chuàng)業(yè)公司Fungible提出，在英偉達(dá)收購(gòu)網(wǎng)絡(luò)解決方案廠商Mellanox并重新包裝定義DPU后，這一概念一炮而紅。目前，該市場(chǎng)仍處于發(fā)展初期，各廠商定義有所不同。主流的DPU定義由NVIDIA提出，即DPU是集數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)于芯片的通用處理器。 ]

　　繼AI芯片后，DPU（數(shù)據(jù)處理器）成半導(dǎo)體的新熱點(diǎn)。

　　全球芯片巨頭英偉達(dá)、英特爾先后下場(chǎng)，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)了中科馭數(shù)、云豹智能、大禹智芯、云脈芯聯(lián)、星云智聯(lián)、邊緣智芯等一系列創(chuàng)業(yè)公司，下游云計(jì)算龍頭AWS、阿里云等廠商也早已布局……DPU行業(yè)迎來(lái)百家爭(zhēng)鳴時(shí)期。

　　12月21日，專注于智能計(jì)算領(lǐng)域的DPU芯片公司中科馭數(shù)宣布完成數(shù)億元規(guī)模A+輪融資，由麥星投資和昆侖資本聯(lián)合領(lǐng)投。這是繼7月底完成A輪融資之后，該公司今年獲得的第二筆數(shù)億元融資。之前，5月成立的云脈芯聯(lián)在10月獲得IDG、字節(jié)跳動(dòng)和壁仞科技的投資。

　　DPU也在攪動(dòng)著二級(jí)市場(chǎng)。21日，左江科技回復(fù)投資者稱，公司自研可編程網(wǎng)絡(luò)安全處理芯片在功能定義和架構(gòu)設(shè)計(jì)上已具備DPU相關(guān)特性要求，此后股價(jià)連漲三天。

　　頭豹研究院預(yù)測(cè)，2025年全球DPU市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到135.7億美元。“老錢”和“新貴”共舞的賽道，誰(shuí)將脫穎而出？

　　第三顆“大”芯片

　　在數(shù)據(jù)中心時(shí)代，CPU一家獨(dú)大的局面將一去不復(fù)返。

　　DPU被視為僅次于CPU、GPU的第三顆大芯片，負(fù)責(zé)處理“CPU做不好，GPU做不了”的數(shù)據(jù)任務(wù)。在英偉達(dá)等廠商的環(huán)伺下，英特爾在數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)將不斷被蠶食。

　　DPU的概念最早由硅谷創(chuàng)業(yè)公司Fungible提出，在英偉達(dá)收購(gòu)網(wǎng)絡(luò)解決方案廠商Mellanox并重新包裝定義DPU后，這一概念一炮而紅。目前，該市場(chǎng)仍處于發(fā)展初期，各廠商定義有所不同。主流的DPU定義由NVIDIA提出，即DPU是集數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)于芯片的通用處理器。

　　DPU的產(chǎn)生源自應(yīng)用驅(qū)動(dòng)。中科馭數(shù)CEO鄢貴海表示，2010年以前，網(wǎng)絡(luò)的帶寬年化增長(zhǎng)大約30%，近年達(dá)到45%；而CPU的性能增長(zhǎng)從10年前的23%，到近年降低至3%。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬增速和CPU性能增速的比例達(dá)到10倍的情形下，CPU幾乎已經(jīng)無(wú)法直接應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的增速。

　　“這個(gè)時(shí)代的核心變化是CPU性能增加趕不上數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度。2018年前，我如果買一個(gè)24核的CPU，有2個(gè)核處理流量，還有22個(gè)核可以處理上層應(yīng)用；2018年后流量快速增加，需要16核處理流量，處理其他任務(wù)的只有8個(gè)核，幾乎2/3就廢掉了。”邊緣智芯首席架構(gòu)師李甫告訴第一財(cái)經(jīng)。

　　在大型數(shù)據(jù)中心，流量處理占了計(jì)算30%的資源，AWS將這些還未運(yùn)行業(yè)務(wù)程序，先接入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)就要占去的計(jì)算資源稱為“數(shù)據(jù)中心稅（Datacenter Tax）”。

　　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)，從而釋放寶貴的CPU資源來(lái)運(yùn)行上層應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為中心的業(yè)務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施操作的分離。

　　賽迪顧問(wèn)發(fā)布的《2021中國(guó)DPU行業(yè)發(fā)展白皮書》將DPU方案分為三種：一是以通用眾核處理器為基礎(chǔ)，以多核Arm為核心，以眾取勝，可編程靈活性較好，但是應(yīng)用針對(duì)性不夠，對(duì)于特殊算法和應(yīng)用的支持與通用CPU相比并無(wú)太顯著優(yōu)勢(shì)；二是以專用核為基礎(chǔ)的異構(gòu)核陣列，針對(duì)性較強(qiáng)、性能較好，但是犧牲了部分靈活性；第三種路線結(jié)合了前二者優(yōu)勢(shì)，即將通用處理器的可編程靈活性與專用的加速引擎相結(jié)合，正在成為最新的產(chǎn)品趨勢(shì)。

　　大禹智芯CEO李爽告訴第一財(cái)經(jīng)，目前DPU主流的市場(chǎng)方案包括以Arm核為主的架構(gòu)、FPGA+CPU架構(gòu)，以及SoC架構(gòu)，前兩者已經(jīng)在云計(jì)算廠商得到批量部署，整體SoC方案則是今后的趨勢(shì)，“我們自己的產(chǎn)品路線也按照這個(gè)來(lái)。FPGA+CPU的方案與第一代Arm核為主相比，接口的豐富度和處理性能要好很多，但是FPGA的功耗較大、價(jià)格較高。與此同時(shí)，我們的SoC項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)。”

　　百家爭(zhēng)鳴的格局

　　由于目前DPU的概念和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，各家從自身優(yōu)勢(shì)出發(fā)輸出相應(yīng)的解決方案，形成百家爭(zhēng)鳴的競(jìng)爭(zhēng)格局。

　　一方面，英偉達(dá)、英特爾、Marvell、博通等全球芯片龍頭積極布局，設(shè)立自己的標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，眾多創(chuàng)業(yè)公司加入這一藍(lán)海。與此同時(shí)，包括AWS、阿里云等各大云服務(wù)廠商都在布局自己的數(shù)據(jù)處理器。

　　據(jù)第一財(cái)經(jīng)了解，全球最大云服務(wù)廠商AWS采用的是以Arm核為主的方案。2015年，AWS收購(gòu)了Annapurna Labs，后者是為超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和邊緣計(jì)算設(shè)計(jì)基于Arm架構(gòu)芯片的廠商；2017年，AWS正式推出Nitro，將網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和安全任務(wù)卸載到基于Arm架構(gòu)的專用設(shè)備上。

　　而阿里云提出的X-Dragon系統(tǒng)架構(gòu)核心MOC卡采用的則是FPGA+CPU的形式。有業(yè)內(nèi)人士表示，微軟早期采用的是純FPGA的方案，目前也在往FPGA+CPU方向轉(zhuǎn)。

　　除了自研，云廠商也通過(guò)投資等方式尋找合適的解決方案。例如，騰訊投資云豹智能，字節(jié)跳動(dòng)投資云脈芯聯(lián)。

　　頭豹研究院預(yù)測(cè)，2025年全球DPU市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到135.7億美元，中國(guó)DPU市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到37.4億美元。

　　賽迪顧問(wèn)的數(shù)據(jù)更樂(lè)觀。該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，全球DPU市場(chǎng)將在2023~2024年迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，中國(guó)早于全球市場(chǎng)，于2022~2023年就將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2025年，全球DPU產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)245.3億美元，中國(guó)DPU產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)565.9億元。

　　有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，DPU數(shù)量會(huì)和服務(wù)器數(shù)量一個(gè)級(jí)別，每臺(tái)服務(wù)器都需要1個(gè)甚至多個(gè)DPU產(chǎn)品。

　　巨頭爭(zhēng)霸

　　2020年10月，在收購(gòu)Mellanox后，英偉達(dá)發(fā)布了首款DPU產(chǎn)品——BlueField2系列。英偉達(dá)創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛表示：“現(xiàn)代超大規(guī)模云正在推動(dòng)數(shù)據(jù)中心的新架構(gòu)。需要一種旨在處理數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施軟件的新型處理器來(lái)卸載和加速虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全和其他云原生AI服務(wù)的巨大計(jì)算負(fù)載。BlueField DPU的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。”

　　英偉達(dá)規(guī)劃了多代產(chǎn)品，計(jì)劃在2022年推出性能更強(qiáng)的BlueField3，2024年推出集成其GPU模塊的BlueField4。

　　從戰(zhàn)略上，英偉達(dá)收購(gòu)Mellanox推出DPU，并試圖收購(gòu)Arm，加上其傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)GPU，將侵蝕英特爾的市場(chǎng)份額，直接威脅后者在數(shù)據(jù)中心的霸主地位。

　　股市上的表現(xiàn)更加直接。2020年7月，英偉達(dá)市值超過(guò)英特爾，成為全球第三大半導(dǎo)體企業(yè)；一年多后的今天，英偉達(dá)成為全球市值最高的半導(dǎo)體企業(yè)。截至北京時(shí)間12月28日，英偉達(dá)市值7736億美元，幾乎是英特爾（市值2112億美元）的4倍。

　　不過(guò)，英偉達(dá)是否能成功復(fù)制其在GPU上的成功仍有待觀察。有業(yè)內(nèi)人士告訴第一財(cái)經(jīng)，此前Mellanox產(chǎn)品在云服務(wù)廠商的認(rèn)可度并不高，“它的劣勢(shì)是它確實(shí)不太懂（云），包括客戶對(duì)它產(chǎn)品的測(cè)試和設(shè)計(jì)都有吐槽。在Mellanox尚未被收購(gòu)前，我們有測(cè)過(guò)很多功能，一些功能的改變也是我們提的。”

　　不少人認(rèn)為，英偉達(dá)對(duì)DPU市場(chǎng)的教育和推動(dòng)概念的作用要大于其產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用。

　　在英偉達(dá)的步步緊逼下，英特爾自然也不甘落后。2021年6月，英特爾發(fā)布了IPU（Infrastructure Processing Unit，基礎(chǔ)設(shè)施處理器），對(duì)標(biāo)英偉達(dá)的DPU，并推出了基于FPGA和ASIC的兩種方案。

　　英特爾公司數(shù)據(jù)平臺(tái)事業(yè)部首席技術(shù)官Guido Appenzeller介紹稱，在美國(guó)和中國(guó)，六大云服務(wù)廠商目前使用基于FPGA的IPU。“隨著帶寬變高，我們看到它們緩慢地轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ肁SIC IPU。因?yàn)榇嬖诤芏鄬＠麉f(xié)議，所以不會(huì)發(fā)生快速轉(zhuǎn)變。”

　　通過(guò)使用IPU，可以從服務(wù)器卸載與運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)施任務(wù)相關(guān)的開(kāi)銷。云服務(wù)廠商的軟件在IPU本身上運(yùn)行，而租戶的應(yīng)用程序在服務(wù)器CPU上運(yùn)行。這不僅釋放了服務(wù)器上的資源，同時(shí)優(yōu)化了整體性能，而且為云廠商提供了一個(gè)單獨(dú)且安全的控制點(diǎn)。

　　值得一提的是，英特爾的ASIC版本IPU采用的CPU核是Arm架構(gòu)，而非其自身的X86架構(gòu)，這意味著英特爾的話語(yǔ)權(quán)正在減弱，為了迎合客戶需求選用了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的架構(gòu)。

　　第一財(cái)經(jīng)了解到，英特爾ASIC版本IPU主要與谷歌合作，谷歌提出相應(yīng)需求，英特爾為其“定制”。

　　李甫認(rèn)為，IPU側(cè)重多個(gè)CPU的管理，努力融合IaaS模塊，降低集群管理成本，更多像是一個(gè)協(xié)處理器。“類似在CPU中的大小核，變成了雙路服務(wù)器中的雙路大小CPU架構(gòu)。為了應(yīng)對(duì)不同客戶需求，英特爾可能會(huì)采用‘FPGA +小CPU +大CPU’的超異構(gòu)計(jì)算模型，復(fù)雜化DPU/IPU市場(chǎng)。我們推出基于PCIe Switch總線交換技術(shù)的XPU芯片，正是為了這種超異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)準(zhǔn)備的通用數(shù)據(jù)分發(fā)芯片。”

　　除此之外，賽靈思、Marvell、博通等老牌芯片廠商也都在推出針對(duì)數(shù)據(jù)中心的解決方案。

　　國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司遍地開(kāi)花

　　國(guó)內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)也陸續(xù)推出相應(yīng)的解決方案。中科馭數(shù)自主研發(fā)KPU芯片架構(gòu)，落地于金融計(jì)算、數(shù)據(jù)中心、云原生、5G邊緣計(jì)算等場(chǎng)景。該公司正在研發(fā)的第二代DPU芯片K2已經(jīng)完成設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作，預(yù)計(jì)將于2022年第一季度投產(chǎn)流片。

　　2021年，大禹智芯完成第一代產(chǎn)品的研發(fā)、客戶測(cè)試和商業(yè)化交付；第二代產(chǎn)品即將發(fā)布；2021年年底，大禹智芯啟動(dòng)了自有芯片（SoC方案）的研發(fā)。

　　12月15日，云豹智能發(fā)布全功能云霄DPU網(wǎng)卡，全面支持裸金屬、虛擬機(jī)和容器服務(wù)資源一體化和性能加速，主要基于FPGA方案。據(jù)悉，下一代軟件定義DPU芯片也正在按計(jì)劃研發(fā)中。

　　以PCIe交換芯片為主打產(chǎn)品的的邊緣智芯則提供了另一種視角，數(shù)據(jù)從網(wǎng)卡進(jìn)入其設(shè)計(jì)的XPU后，分發(fā)給CPU、GPU、SSD。按其架構(gòu)，在XPU為中心的架構(gòu)中，網(wǎng)卡無(wú)需智能，只需要提供基本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能即可，適用于低成本、低延遲的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　與CPU和GPU不同，DPU目前在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)方面都處于早期階段，并未出現(xiàn)絕對(duì)的領(lǐng)先者。接受采訪的多位業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，中國(guó)具備豐富的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，有強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，在這一賽道中，中國(guó)芯片廠商或許有望脫穎而出。

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責(zé)任編輯：陳程