未來計算有三大支柱 CPU和GPU已穩坐兩席 計算芯片的第三片海 - 趣味新聞網

未來計算有三大支柱，CPU和GPU已穩坐兩席，最後有資格入選是誰？英偉達CEO黃仁勛給齣瞭自己的答案：“第三顆主力芯片”是DPU。[1]

三大計算支柱角色各異。CPU相當於管傢，負責思考處理各種業務；GPU相當於美工，專門處理各種圖像處理工作；DPU相當於前台，負責打包、拆包各種數據[2]。DPU雖然是芯片界後生，但因市場規模可期，這兩年熱潮湧動，瘋狂入局的全球新玩傢，都想從這片海中取一勺。

本文是“果殼硬科技”策劃的“國産替代”係列第五篇文章，關注DPU國産替代。在本文中，你將瞭解到：DPU是什麼，DPU能做什麼，這一概念的發展曆史，國産DPU的機會。

付斌 | 作者

李拓 | 編輯

果殼硬科技 | 策劃

瘋狂的DPU賽道

DPU（Data Processing Unit）是一種擁有計算能力的智能網卡，用於分擔CPU運行低效、GPU難以處理的網絡、存儲和安全等任務，以提升計算係統效率、降低係統總擁有成本（TCO）。[3]

國內DPU市場有多瘋狂？創業公司趕集式落地和搶先宣發，是最直接的錶現。

DPU相關國産廠商投融資情況，製錶丨果殼硬科技

參考資料丨公開資料

由於DPU概念較新，市場導入正當時，國內DPU初創企業極其注重産品的設計研發和量産速度。

DPU相關國産廠商，製錶丨果殼硬科技

“趕工”並非浮躁，而是因為現有海外産品本身單價貴，加之齣貨量小，代理購買會進一步增加成本。更重要的是，處於探索階段的海外公司，産品也不是很完善，國産DPU這一賽道機會非常大。

芯啓源董事長兼CEO蘆笙曾嚮筆者介紹，DPU是兵傢必爭之地，目前世界前五的巨頭都在積極布局，誰占領瞭這篇領地，就占領瞭整個數據中心和網絡中心的平台。

不僅如此，DPU的需求量還在持續攀升，預計全球DPU市場規模在2024年將達100億美元[4]，其中中國DPU市場規模將從2022年超10億美元增長至2025年37.41億美元，復閤增長率超過50%。[5]

各大投資機構也看好DPU賽道，認為它是下一代數據中心的樞紐和是剛需，擁有數百億美元的增量價值。[6]

為什麼一定是DPU

DPU是怎麼火起來的？

是因為CPU性能增加趕不上數據産生的速度：據第一財經數據，2010年以前，網絡帶寬年化增長約30%，現在已提升至45%，而CPU的性能增長從10年前的23%現在已經降到3%[7]。這給瞭DPU機會。

最開始，網絡相關介入工作是由基礎網卡（Network Interface Card，簡稱NIC）負責，但為瞭處理網絡協議，它會擠占一些CPU算力，同時它隻擁有一些非常基本的任務卸載功能。[8]

為瞭卸載掉這些擠占的資源，智能網卡（SmartNIC）應運而生。網卡變得智能，需要加載運行代碼，為此會配備額外的計算能力和闆載存儲器[9]，以此降低網絡互聯、安全、虛擬化、內存訪問等對CPU資源的消耗，為應用提供更多的CPU資源[10]。

這種智能網卡也早已部署至數據中心內。從2015年起，亞馬遜[11]、微軟[12]都曾先後在自己業務中部署智能網卡。

既然有瞭智能網卡，為什麼還要DPU？因為DPU支持更多功能，包括帶寬壓縮、安全加密、網絡功能虛擬化等，雖然這些功能對於普通用戶存在感稀薄，但它們是現有日常應用更高效、更安全、更實時的保障[13]。搭載這些功能的DPU，能比智能網卡更好地解決網絡協議處理、數據安全、算法加速等問題，同時這些功能是CPU做不好、GPU做不瞭的。[14]

DPU發展的三個階段

圖源丨專用數據處理器（DPU）技術白皮書，中國科學院計算技術研究所，鄢貴海等

雖然DPU是如此強大，但它隻是CPU的助手。

數字芯片發展至今，“CPU已經很難做好所有事情”已成為行業共識，但它卻又不可或缺。芯片工程師老石錶示，在算法加速領域論文中，CPU就是悲催的存在，動輒比CPU強幾倍、幾十倍、上百倍的器件比比皆是。但任由時光流動，CPU依舊挺立在數據中心的王座，隻不過旁邊多瞭GPU，還有一個DPU蠢蠢欲動。[15]

上海矩嚮科技CEO、前UCloud芯片和硬件研發負責人黃朝波則分析，CPU、DPU和GPU三者既相互協作，又相互競爭。傳統觀點認為，DPU僅僅充當CPU的任務卸載，但按照軟硬件融閤觀點來看，DPU與嵌入式CPU/GPU構成瞭超異構計算平台，獨立CPU/GPU又是DPU的拓展。[16]

DPU的作用，圖源丨Socnoc[17]

現有DPU市場非常粗放

DPU誕生的背後，是麯摺而又摺騰的命名拉鋸戰，這導緻當前DPU市場非常粗放，標準良莠不齊，定位和市場策略百花齊放。

2019年，Fungible將DPU定義為一種新型數據處理單元，但在當時並沒有砸齣水花。緊接著，英偉達在2020年6月收購Mellanox，把其原IPU係列（同樣功能不同名稱産品）重新包裝為DPU，並在2020年10月開始大張旗鼓地宣傳[18]，這纔讓DPU被眾人熟知。2021年6月，英特爾發布自己的DPU，但卻改名為“基礎設施處理器”（IPU）。[19]

DPU的發展曆史，製錶丨果殼硬科技

之後，業界又對DPU中的“D”有瞭三種新的解讀，包括Data、Datacenter、Data-centric，分彆側重數據、數據中心、數據為中心。[20]

對DPU的不同解讀

對DPU命名上的不一緻，導緻廠商的市場策略擁有不同的理解：英偉達（即Mellanox）麵嚮數據安全、網絡安全、存儲卸載，Fungible麵嚮網絡、存儲、虛擬化，英特爾、博通（Broadcom）麵嚮交換機和路由器芯片，美滿（Marvall）麵嚮5G基帶，Pensando麵嚮支持P4的軟件定義網絡（SDN）。[21]

DPU競爭格局，圖源丨賽迪顧問[22]

這種定位的差異，導緻不同廠商在選擇架構時也存在不同的理解，目前分為SoC（Arm與ASIC協同架構）、FPGA、ASIC三種主要技術形態。基於FPGA的DPU擁有最佳的靈活性，但吞吐量、功耗在一定程度上受到限製；隨著帶寬變高，基於ASIC的DPU需求將會增加；對於更復雜的、更廣泛的用例，基於SoC的DPU擁有良好的性價比、易於編程且高度靈活性。

智能網卡不同技術實現參數對比，圖源丨賽迪顧問[22]

這種差異就會引發兩個問題，一是DPU究竟要做什麼，如何與計算平台做銜接及對業務場景的理解，二是技術方案究竟要怎麼選擇。[23]

國産DPU該如何突圍

由於DPU是一個新生事物，整個行業的需求各異、體係封閉的局麵短期內並不會發生改變[21]。與此同時，DPU産品在全球市場上尚未真正實現規模化和商業化，這種高度整閤化的器件打造難度非常高，現在已有産品並不能滿足行業對DPU在通用領域的期待[24]。另外，DPU市場客戶需求分散和不單一進一步加劇應用場景和架構的差異化。[25]

英特爾曾嚮筆者豪言：“DPU/IPU顯然是一個很大的市場，但它漸漸不再是一個初創公司可以霸占的市場，而是一個由大公司主導的市場。”一直以來，對CPU非常有自信的英特爾也進入這一市場，說明所有計算都由CPU處理的時代已一去不復返，也足以說明這一領域究竟有多麼重要。

由於DPU是由國際巨頭提齣的概念，並優先量産産品，現有市場也主要由它們包攬，這種情況下，國産DPU初創企業該如何生存？

首先，應該對應用場景有更深刻的理解。“DPU需要的是一個嶄新的單元，而並非在原有交換機或CPU基礎上拼湊組閤[23]。”大禹智芯CEO李爽認為，不能簡單地把DPU定義成一顆芯片，而是要看作一個係統，是一種架構轉移。設計齣一款有競爭力又好用的DPU，對場景的深刻理解是關鍵。[26]

無獨有偶，IDG資本閤夥人李驍軍也錶示，DPU領域需要充分理解大規模雲廠商業務需求、定義架構特性，還要具備大芯片的工程實現能力。[27]

其次，用不同方案適配不同客戶。芯謀高級分析師張彬磊認為，國內DPU企業更適閤通過FPGA和NP等可適用性較好的方案，進入中小客戶市場。[25]

最後，差異競爭，快速迭代。賽迪顧問集成電路産業研究中心分析師孫卓異建議，國內DPU采取差異化競爭思路，加快自主研發進程，加快産品的迭代速度，並在商業模式上找到細分産品角度創新。[25]

References：

[1] NVIDIA：What Is a DPU?.2020.5.20.https://blogs.nvidia.com/blog/2020/05/20/whats-a-dpu-data-processing-unit/

[2] 半導體行業觀察：大有可為的DPU芯片.2021.4.8.https://mp.weixin.qq.com/s/tBP2HYK0nfYY6ZC0afJb-A

[3] 中國科學院計算技術研究所：中科院計算所牽頭發布DPU技術白皮書.2021.10.21.http://www.ict.cas.cn/xwgg/jssxw/202110/t20211021_6226618.html

[4] 雲豹智能Jaguarmicro：雲豹智能發布全功能雲霄DPU網卡，引領數據中心新趨勢.2021.12.15.https://mp.weixin.qq.com/s/y5gpY6_3vrtUvU08-c1v8Q

[5] 開源證券資管：行業觀察丨雲計算時代算力需求提升-DPU賽道初見端倪.2022.3.9.https://mp.weixin.qq.com/s/EaZ-3fr4ZMoky3pfG1tUQQ

[6] 天天IC：資本推動下的DPU“芯”戰場 ，數億元已成投資標配？.2021.8.21.https://mp.weixin.qq.com/s/t2VIA2CAsvqZ3H29O77cMA

[7] 來莎莎.DPU:呼之欲齣的百億賽道[N].第一財經日報,2021-12-30(A10)

[8] 軟硬件融閤：如何區分SmartNIC和DPU的定義？STH NIC分類框架介紹.2021.8.31.https://mp.weixin.qq.com/s/0wohV_OIvi3Tubn1q5daEw

[9] Xilinx賽靈思官微：SmartNIC 與普通的 NIC 有哪些顯著性差異？.2020.10.10.https://mp.weixin.qq.com/s/c9yh1EnF0FpA-c-uStTPcg

[10] 中智觀察：AWS/阿裏雲紛紛自研，英特爾/英偉達競相布局，DPU有何魔力？.2021.8.18.https://mp.weixin.qq.com/s/MyqEt_kCSFbdYhvXviyMfA

[11] 國際電子商情：DPU市場，一片混戰.2021.12.20.https://mp.weixin.qq.com/s/BPOGI1MpvtnUaauB5L2Tmg

[12] 21ic電子網：80%雲服務商麵臨的“聯網危機”，為何必須是FPGA？.2020.3.9.https://www.21ic.com/article/697539.html

[13] 趙廣立.計算芯片“新貴”DPU，前路幾何[N].中國科學報,2021-11-04(003)

[14] 張心怡.數據中心“第三顆主力芯片”DPU打響卡位戰[N].中國電子報,2022-01-18(007)

[15] 老石談芯：聚光燈下的DPU：如何開啓一個時代.2021.11.05.https://mp.weixin.qq.com/s/ObRQDIpFdFtWQQ2EhC06Rg

[16] iTalk沙龍：又是數億元融資！齣道即巔峰的DPU到底是什麼？.2021.12.28.https://mp.weixin.qq.com/s/tZZB8TOpzPCom7HIwsNHCg

[17] Socnoc官方網站：https://www.socnoc.ai/

[18] 量子位：英偉達一大波硬件來襲：今日GTC發布專業GPU與DPU，為收購ARM將在英國建超算.2020.10.6.https://mp.weixin.qq.com/s/aQYgo5IWh9Aub5ooGjettg

[19] 知IN：英特爾推齣全新的基礎設施處理器(IPU).2021.6.15.https://mp.weixin.qq.com/s/7cxb-CyCmSo7Yq9oaOP9fg

[20] 趙廣立.計算芯片“新貴”DPU，前路幾何[N].中國科學報,2021-11-04(003)

[21] 鄢貴海等.DPU：以數據為中心的專用處理器[J].《中國計算機學會通訊》,2021,17(10)

[22] 賽迪顧問股份有限公司：中國DPU行業發展白皮書.2021.12.9.https://microsite-wx-industries.nvidia.cn/Uploads/20211209/61b1809e68fba.pdf

[23] 中科創星：「大禹智芯」完成數韆萬元Pre-A輪融資，國內首個25G DPU産品進入商業化｜創星Portfolio.2021.7.9.https://mp.weixin.qq.com/s/sVIsuTHlGMJou26tva4clw

[24] 鉛筆道：“大禹智芯”融資數韆萬 研發國內首個25G DPU産品進入商業化.2021.7.9.https://www.pencilnews.cn/p/39233.html

[25] 許子皓.多傢入局路綫不一 DPU上演差異化競爭[N].中國電子報,2021-08-13(008)

[26] 大禹智芯：深入淺齣看DPU：為什麼它是時代之需？.2021.11.22.https://mp.weixin.qq.com/s/1NGM-Ran0NqSQ9GiZO1M4A

[27] 雲脈芯聯：雲網融閤“芯”勢力，雲脈芯聯獲數億元天使輪投資.2021.10.22.https://mp.weixin.qq.com/s/rtr_lYLSHIOVBzGwpRDWaw