DPU入局者，如何行稳致远？

　　左手算力、右手网络的算网时代正加速驶来，这也使得DPU备受关注。在全球算力的急剧增长之下，受制于摩尔定律的CPU或将60%以上的资源分配于网络层面的处理，使得应用层处理＂捉襟见肘＂，出现巨大＂剪刀差＂。当CPU逐渐将网络、存储、安全等重任让位于应运而生的DPU，新一代数据中心算力和服务的核心也随之悄然变化。
　　关于DPU的重要性业界已然达成共识，但围绕DPU的产品逻辑、技术架构、生态适配的讨论至今依旧众说纷纭，莫衷一是。行至2022年末，尽管不同云厂商、芯片公司和相关初创公司均有各自的战略部署方案和技术路线，但如何能在DPU赛道上长久生存、行稳致远，是DPU入局者们共同关注的议题。
　　DPU诞生于云场景，DPU的很多核心技术也是从云计算中迁移和进化的。因此，要想入局DPU，首先要对云计算上层所支撑的业务及其需求和迭代方向足够清晰。事实上，DPU并非纯粹的硬件芯片，其设计思路充满了软硬一体化的特质。
　　很早便涉足DPU领域进行技术钻研和产品打磨的业界先行者——大禹智芯首席科学家、IEEE国际顶会HPCA名人堂成员蒋晓维博士表示：＂目前，国内DPU仍处于发展早期阶段。对于国内DPU企业来说，眼下最重要的事还是要先把实际产品做出来，并在应用场景中进行检验，在落地过程中不断加长补短。场景拓展、生态开放等问题会在这个过程中，逐一找到答案。＂
　　DPU发展的阶段历程，或暗含着它终将去向何处
　　作为云计算第三引擎，定义DPU的关键词在于：DPU是以数据为中心构造的专用处理器，它采用软件定义的技术路线去支撑基础设施层的网络、存储、安全等功能。在大禹智芯看来，DPU不应只被视为某种半导体的子集，而是一整套集芯片、硬件板卡、操作系统、应用软件一体化的方案。因而，设计DPU需要具备快速迭代开发和灵活部署的能力，也要平衡性能和可编程性的需求。
　　显然，DPU的发展不是一蹴而就的。历史沿革是未来趋势的注脚，大禹智芯重视对DPU发展史的调研，并试图从中洞见先机，找到作为DPU初创公司＂谋篇布局＂的打法，用最佳路径实现DPU产品的商业化落地。
　　据蒋晓维博士介绍，从宏观上看，DPU至今已呈现出三个阶段的发展态势：
　　DPU雏形最初源自公有云厂商，DPU从诞生之初是作为CPU的卸载引擎存在的。不难理解，在第一阶段，尽管各个云厂商均具备安全、网络、存储等的功能，但他们在软件的实现上存在差异。自然，这导致了各个云厂商生产的DPU在实现技术路径上的不同，因此，彼时的DPU落地应用尚未得以扩大。
　　自2019年DPU正式被提出后，不同云厂商先后公布了类似的DPU相关技术研究。比如阿里云在2020年国际权威网络顶会SIGCOMM上发表的技术，近似于AWS在2018年发布的高性能网络协议SRD。由此可见，在第二阶段，各个云厂商在DPU上使用的部分技术及实现路径已经开始趋于相似，但最终产品形态仍然存在差别。
　　在第三阶段，DPU逐渐从云厂商走出，开始面向更广泛的客户。部分云厂商开始有意识的选择收购外部芯片供应商或与之合作，将DPU的研发和生产进行更为专业化的分工。如Google选择与Intel进行合作，由Intel负责满足Google Cloud需求的DPU - Mount Evans (IPU)；微软Azure也选择收购了业界著名的DPU公司Fungible。在此阶段，部分DPU的某些功能开始能够适配各家云厂商的基础软件，而不仅限于自研自用。当然，这些开放式的显性变化并不彻底。事实上，各个云厂商或多或少都保留了＂独家硬技术＂的自研权利，以便提升自己在市场中的核心竞争力。
　　基于对DPU发展历程的高度概括和总结，蒋晓维博士也对DPU未来的第四阶段进行了预测。他认为，DPU可能最终会通过软件可编程走向全面通用化。
　　蒋晓维博士强调，尽管不同的设计者为了实现通用的功能，在最初设计出的成品仍有差异。但从DPU本身执行的功能、承载的角色来看，DPU并不是一个定制化的角色，无论是网络、存储还是安全等均是比较通用化的功能和需求。
　　参考CPU的发展，或许能得到更多启示。尽管CPU包含了Intel/AMD x86、MIPS、Power、ARM、RISCV 等不同指令集和架构，但这些不同架构的CPU却均可以执行windows、Linux甚至Android的操作系统。蒋晓维博士表示，＂在可预期的未来，不同架构的DPU可以完整适配某些重点的软件系统，通过软件可编程的方式，最终实现一颗芯片的通用性价值。＂
　　软件可编程驱动DPU架构发展，当务之急是推出贴合场景的产品
　　事实上，业界存在一种声音认为，正如CPU最终会形成x86或是arm的主导架构，DPU未来的架构或许也会是由一两种来主导。
　　对此，蒋晓维博士回应说，DPU的终态必然会是一个包含CPU 的SoC，里面包含了接近于服务器级别的、能够实现完全可编程的CPU子系统。比起SoC外设（DPU硬件逻辑中比较核心的部分），CPU子系统内侧会相对比较容易固化下来。也就是说，相对DPU硬件逻辑的固化，可供不同DPU架构的通用软件系统或软件可编程协议标准更容易固化。事实上，CPU的微架构可能最终会决定性能，但比微架构更重要的是存在于软硬件之间的指令集协议，正是这些协议使得软件可编程成为可能。对于DPU，也是如此。
　　＂在DPU发展初期阶段讨论DPU的硬件逻辑是否最终固化为一两种架构，言谈尚早。＂蒋晓维博士进一步提到，＂未来5年内，应该会有多个DPU架构相继出现。且需要经过更长时间的不断演绎迭代，才有可能在有限范围之内收敛为某几个架构。因此，在当下和相当长的一段时间内，比起硬件逻辑的固化，DPU的软件会有更强的主导地位，它会驱动整个DPU架构的发展。当然，或许十年之后，这个关系发生转变也是有可能的。＂
　　以发展的目光来＂透析＂DPU，DPU的演进之路已然明了。相应地，推出贴合场景的DPU，亦成为检验国内DPU厂商成色的方法论。
　　对于国内DPU厂商而言，着眼于DPU在技术标准和生态方面都处于早期阶段的现状，蒋晓维博士建议，应尽早将DPU开发出来，加快形成规模化应用，解决更深层面的场景拓展、生态开放等问题才能更加有的放矢。还要看到的是，尽管DPU始于云计算，但未来的应用绝不局限于数据中心，DPU还将走向如边缘计算、5G、网络安全等更多的应用场景。＂目前DPU还是‘庞然大物’的形态及100 瓦的功耗等局限了它能够去被部署的场景。在可前瞻的下一阶段，正如CPU不仅仅只有高端服务器CPU一样，DPU的硬件形态和功耗将存在不同SKU，甚至会出现灵活轻便可嵌入小型设备的形态。＂蒋晓维博士指出。
　　先打好地基 以期未来弯道超车
　　随着数字经济时代的到来，我国已将网络安全、自主可控提到了前所未有的高度，核心技术国产化成为了绕不开的话题。有赖于国内政策和市场土壤的滋养，作为新赛道的探索者，国产DPU厂商拥有更多机会进行创造，也切实承担着创新加码国产化进程的重要任务。
　　不难理解，DPU的设计研发相当考验技术团队对于业务需求、产品逻辑以及系统架构等方面的综合把控能力。此外，考虑到云计算在当下仍然是DPU最主要的使用场景之一。确保DPU稳定性运行，顺利完成软件热升级及业务热迁移、运维纠错的精准定位等任务，都离不开在量级服务器上部署量级DPU丰富经验的铺垫。
　　而这些正是大禹智芯的优势所在。作为一家专注于提供DPU产品设计、研发与服务的国家高新技术企业，大禹智芯汇聚了一大批真正懂DPU上所需要支撑的业务场景、具备从无到有进行软硬化一体设计DPU的丰富经验的实力派技术大牛。大禹智芯的创始团队成员均具有云计算的扎实背景，整个芯片团队出身于阿里云、Google等头部云厂商，从需求到DPU的上线及后期维护等各个环节均有丰富经验。此外，大禹智芯还拥有完善的软件团队，具备丰富的互联网公司开发背景，一直在做相应的SDK等开发工作，并与各个开源社区积极对接和合作，深入探索共建生态的可行性方案。
　　需要强调的是，尽管大禹智芯的创始团队成员有着天然优越的出身背景，但正是因为有足够的经验、处理过更多的技术难题，所以心怀敬畏。大禹智芯采取稳扎稳打的策略，在清醒面对本土业态的前提下，本着＂先打好地基，以期未来弯道超车＂的基本态度，做足功课和调研后才开启了深耕DPU之旅。此外，大禹智芯十分重视对外部需求的业务挖掘，以便从场景出发倒推DPU的研发设计方案。
　　从具体产品路线来看，大禹智芯首先从产品易用性及客户侧功能快速实现角度出发，基于Arm Soc的设计推出第一代产品——Paratus 1.0，偏重于软件卸载。通过一代DPU产品接洽客户，大禹智芯进一步了解外部客户的具体诉求，并将之积累及优化为共性需求，最终沉淀至纯粹用PFGA来做硬件卸载的第二代产品Paratus 2.0。
　　Paratus 2.0于2022年10月推出，基于相同的硬件形态，通过不同的功能组合，形成了针对不同场景的多种产品，在诸多性能层面都实现了新的突破。据悉，支持裸金属场景的二代卡共有10G、25G、100G三种不同的网络接口速率。其中，在100G高性能的场景下，Paratus 2.0的总体性能优于国内业界同行，并有望在未来匹敌北美的一些纯芯片DPU对手。大禹智芯自主开发了支持RDMA应用的高性能网络传输协议HPRT，可以进一步释放RDMA应用的潜力，提升性能。在网络安全方面，Paratus 2.0提供了一个能够无缝支持东西向网络流量加密的协议，此协议在性能及扩展性方面，在业界均处于领先水平。另外，Paratus 2.0可针对上层应用流量进行定性分析，为监测网络入侵行为状态提供可靠的实时依据。在存储方面，Paratus 2.0支持Nvme，目前能做到100万IOPS，端到端的延迟大概在100微秒左右。
　　通过Paratus系列的第一代、第二代产品的研发、测试及落地，大禹智芯积累了更丰富的开发和应用经验。接下来，大禹智芯将着力全面寻求成千上万需求里的共性，再将这些共性集成优化到Paratus系列第三代DPU的开发中。第三代将固化前两代产品的代表性用户需求，通过芯片的集中化硬件实现解决性能、功耗、成本等问题。据蒋晓维博士透露，大禹智芯计划今年进行流片。
　　新基建、＂东数西算＂等战略布局推动着中国在算力网络时代昂首向前，在中国DPU厂商的集结发力之下，一个个东方DPU的＂芯＂故事正在浓墨重彩地被书写。DPU入局者的未来，不止在未来，也在当下。