英偉達：DPU 將讓數據中心成為新計算單元
去年的 GTC 2020 大會上，英偉達（NVIDIA）發布了一款全新的處理器 DPU（Data Processing Unit，數據處理單元），由新型的 DOCA（Data-Center-Infrastructure-On-A-Chip Architecture）軟件架構提供支持。
據媒體報道，近 1 年來，DPU 成為業界追逐的話題，Marvell、Broadcom、VMware 等眾多制造商已加入這一細分賽道。今年 4 月，英偉達發布了新一代 BlueField-3 DPU，以及 DOCA SDK 1.0。
在日前舉辦的媒體溝通會上，英偉達網絡事業部亞太區市場開發高級總監宋慶春對媒體介紹，隨著數據量越來越大，很多通信模型會制約系統性能，傳統的馮?諾依曼架構無法解決由通信模型帶來的網絡擁塞問題，繼續提升數據中心性能成為業界共同面對的挑戰。
以數據為中心的新架構，可以解決這個問題。宋慶春介紹，這一架構意味著數據在哪里，計算就在那里。當數據在 GPU 上，計算就在 GPU 上；當數據在 CPU 上，計算就在 CPU 上；當數據在網絡中傳輸的時候，計算就在網絡中。“新架構可以解決網絡傳輸中多打一通信造成的的性能瓶頸問題或丟包問題，可以使通信延時降低 10 倍以上。”
而 DPU 的出現，為以數據為中心的計算架構提供了創新思路。宋慶春介紹，之前在以 CPU 為主體的系統里，所有的操作都用 CPU 來做。以 OVS 操作為例，跑在 CPU 上，會消耗很多 CPU 的核，但運行 OVS 的效率非常低。如果將 OVS 放到 DPU 上運行，則可以實現 OVS 和 CPU 業務之間的隔離，降低 OVS 對于業務性能的影響。
目前英偉達已經推出了 BlueField-2 DPU，GTC 2021 上推出的新一代 BlueField-3 DPU，相比上代產品計算能力提升 5 倍、加密處理能力提升 4 倍、存儲性能也提升了 3~4 倍，整體性能得到全面提升。據悉，BlueField-3 預計在明年上半年推向市場。
宋慶春指出，隨著 DPU 的崛起，數據中心成為新的計算單元。這一定會掀起一波數據中心的變革，不管是從單芯片、還是大規模的超級計算機，都可以采用統一的架構，在單芯片上可以有計算、有存儲、有通信，一個數據中心所需的各個單元都有了。而大規模數據中心也是一樣的架構，有計算、存儲、通信等各單元，實現了統一架構的計算單元。“到了 BlueField-4 以后，我們將 GPU 集成到 DPU，DPU 就會成為一個完整的芯片級數據中心。”
在本次媒體溝通會上，國內知名云服務商，UCloud 資深技術專家馬彥青表示，選擇 DPU，是因為遇到了網絡的性能瓶頸，同時期望降低成本。英偉達的 DPU 可以實現 ASAP2 網絡卸載、SNAP/Virtio 存儲卸載、ARM 處理器編排管理、DPI 深度包檢測與加密、IB/RDMA 加速數據傳輸等功能，同時提升網關帶寬和數據安全的優勢，受到 UCloud 的歡迎。
例如在存儲方面，UCloud 過去采取傳統方式，即使用本地盤來做存儲，一旦出現數據丟失的狀況，想恢復是一件非常困難的事情。利用 DPU 和 DOCA 重構 UCloud 的裸金屬存儲架構，系統盤和數據盤都采用 RSSD 云盤，實現了計算和存儲的解耦，這帶來的好處，一是用戶可以免裝機，分鐘級交付；二是不需要定制機型，減少資源浪費；三是發生故障時因為采用了云盤，可以快速遷移，且數據端是三副本，保證數據的安全。
此外，DPU 對于 UCloud 的意義，還在于實現了一張卡來實現虛擬化和裸金屬架構的統一在，這使得 UCloud 可以共用存儲設備、網絡設備、軟件棧，甚至物理網絡也可以做到統一。“這是 UCloud 三年前設計裸金屬架構時制定的目標。”馬彥青說表示。
宋慶春強調，DPU 生態系統已經得到操作系統、安全、存儲、應用等產業鏈廠商的廣泛支持。英偉達與 UCloud 在兩年前開始合作時，那時還沒有 DOCA，也沒有系統的 DPU API 軟件支持，但基于雙方的共識，UCloud 開發團隊付出了大量努力，在他們的云上實現了軟件定義和硬件加速的高度協作，實踐了 DPU 提升系統性能和安全的能力。“隨著 DOCA 的逐步成熟，雙方合作也會邁向新臺階。”
