美国的亚马逊云（AWS）2017年最先实现了DPU芯片（AWS称之为Nitro）的商业化成功支配，AWS在利用自研DPU芯片后，使实在现了巨大收益；谷歌依托于自身对业务的深刻理解及与Broadcom等芯片公司的紧密互助，成功迭代和推出了多代自研TPU芯片。
近日，海内的“云大户”中国移动也带来自己的DPU芯片“磐石”——本土首颗400Gbps带宽的DPU ASIC芯片，实现关键技能自主可控。考虑到DPU对数据中央和云业务的主要性，相信这将为近年来大力发展云业务的中国移动打下夯实根本，并为其带来独特的竞争力。
图：中国移动磐石DPU V4.0
DPU，第三颗主力芯片
所谓DPU（Data Processing Unit），也便是数据处理单元。顾名思义，这是一种专门为数据处理而设计的芯片。作为继CPU、GPU以外的第三颗主力芯片， DPU成为了险些所有云厂商乃至外洋芯片巨子的关注目标。例如英伟达耗资69亿美元收购Mellanox，AMD花费19亿美元收购Pensando ，便是为了DPU。
由中国移动协同云豹智能和信通院联合撰写的DPU白皮书《云打算通用可编程DPU发展白皮书（2023年）》中指出：“随着人类生产力进入算力时期，传统以 CPU 为核心的架构正在遭受算力瓶颈磨练，多样化算力需求亟需软硬件架构全面变革，算力技能发展必将遵照‘软件定义统统，硬件加速统统’的理念，重构算力根本举动步伐，通用可编程加速单元 DPU 将成为新的算力核心，重新定义算力时期云打算技能新标准，构建算力时期新技能曲线。”
但其实在DPU面世以前，这款芯片还是经历了几代的变迁。
在一开始的时候，数据中央的数据处理事情都是由CPU完成，而网络传输任务则由专门的传统根本网卡NIC（又称网络接口卡）处理。详细事情流程便是NIC将用户须要传输的数据转换为网络设备能够识别的格式，然后把数据交由CPU处理。
但随着网络规模的不断增加和新需求的不断涌现，网络和存储的数据量不断增加，进而驱动数据中央中的网卡端口速率从 10G 快速向 25G、100G乃至200G 及以上演进，给CPU带来新的压力。这个时候，一种旨在减轻 CPU 的部分处理负载，进一步提高数据中央效率的智能网卡（SmartNIC）就进入了大众的视野。据理解，智能网卡 SmartNIC 除了具备传统根本网卡的网络传输功能外，还供应一定的硬件卸载和加速能力，开释主机 CPU的部分打算资源。
然而，在后续的发展中，SmartNIC也捉襟见肘。例如，由于没有包含通用途理器 CPU，意味着仍旧须要主机 CPU进行掌握面管理及网络和存储等协议的大部分处理，连续花费大量主机Host资源。而且，随着数据中央网络速率向100G及200G乃至更高速率的不断提高，主机不但仍会花费大量宝贵的通用CPU资源对流量进行分类、跟踪和掌握，而且其性能也已经无法知足更高网络速率及存储带宽的需求。
于是，如何实现主机 CPU 的“零花费”及解锁数据中央向更大规模及更高带宽的演进，成了云厂商下一步的研究方向，DPU也应运而生。
从设计上看，DPU通过在硬件架构上增加通用途理单元CPU和丰富的硬件加速单元，从而便于实现对网络、存储、安全和管控等通用根本举动步伐的加速和全卸载。其产品形态紧张有NP/MP+CPU，FPGA+CPU和单芯片ASIC方案。据理解，在发展早期，基于FPGA的可编程性的FPGA+CPU多芯片方案成为了行业首选。
除了亚马逊以外，大部分云厂商尤其是海内的云厂商，如：阿里、腾讯、百度等，都用的传统FPGA+CPU方案，其竞争压力也随之而至。随着带宽流量的进一步增加，拥有价格和性能上风、兼顾专用加速器的精良性能和内嵌通用途理器的灵巧性可编程ASIC单芯片方案成为了行业的终极选择，而海内的云厂商也正在寻求从FPGA+CPU方案到ASIC方案的演化，这终极使令中国移动自研了采取ASIC的DPU芯片“磐石”。
磐石，取得重大打破
从产品运用角度看，如何才称得上一颗有竞争上风的DPU？
在我们看来，它首先该当能够支持高速低时延网络，由于这是这个芯片的紧张任务；其次，我们还希望这个DPU能够引入高性能通用多核CPU、可编程硬件加速器，以期在供应可编程性和通用途理能力的同时，还能知足人工智能、剖析和安全操作等差异化特界说务的实行。
中国移动的这颗芯片带宽为400Gbps，紧密契合了当前的数据中央高带宽需求，我们可以肯定地说，中国移动“磐石”DPU芯片的成功研发，是我国国产芯片领域取得的重大技能打破。
熟习的读者该当清楚地知道，数据中央做事器的集成度越来越高。无论是x86还是Arm等架构做事器的CPU芯片，都在向单芯片几百个乃至更多CPU集成，密度都在不断增加；同时，网络存储也正在向基于低时延以太网技能的弹性存储方向发展，这增加了对高带宽低时延以太网的需求；再者，私有云运用程序和虚拟桌面根本举动步伐的增加对网络提出了额外的哀求；末了，物联网和边缘的海量数据积累正在增加对网络的带宽哀求。
叠加AI带来的新需求，400Gbps彭湃而至，这也让磐石DPU的发布恰逢其时。据先容，磐石DPU的面世，不但将国产DPU芯片的最高传输速率提升到一个新台阶，也让海内另一运营商基于外洋FPGA+CPU多芯片方案的DPU等相形见绌。
值得一提的是，随着该芯片的面世，国产DPU还首次演进到天下顶尖水平——该芯片带宽和环球领先的英伟达BlueField-3 DPU达到同一水平。
据公开资料先容，磐石DPU芯片拥有400Gbps的数据传输能力，将国产DPU芯片最高传输速率提升一倍，达到环球顶尖水平。该芯片拥有每秒处理百万个数据包的存储能力，远程直接存取数据（RDMA）的时延低至5微秒。同时，还具有低功耗、低本钱特性，依托该芯片打造的磐石DPU硬件板卡，较上一代硬件板卡功耗低落50%，本钱低落50%。中国移动推出“磐石”DPU芯片往后，无疑将为其云做事带来巨大收益，也将为其客户带来更高性价比的产品方案，这也给海内其他云做事商带来更大的压力。
我们认为，“磐石”DPU芯片将有力推动我国DPU关键技能自主可控、硬件架构持续优化、生态布局不断完善。中国移动在发布会上进一步指出，该芯片将广泛运用于中国移动数据中央培植，支撑通用打算、智能打算等业务场景，为云打算、边缘打算、大数据处理、AI大模型演习等领域供应更安全、可靠、高效的技能支持，助力我国大数据、人工智能、算力网络高速发展。
众所周知，打造一个DPU ASIC并不是一件很随意马虎的事情，这也是为何大部分厂商基于FPGA打造干系办理方案。从目前看来，与ASIC的方案比较，基于FPGA的多芯片方案功耗高、本钱高，且对用户的研发哀求高、人力投入大，还不能灵巧移植各种运用。更主要的是，这些方案采取的高性能FPGA芯片及合营的CPU芯片均是由外洋厂商供应。
这就让中国移动协同生态伙伴自研的这颗400Gbps国产DPU芯片，在国家大力发展新质生产力计策上显得更故意义。
写在末了
作为海内领先的运营商，中国移动在过去几年频频通过旗下的企业投身芯片自研。
例如在2023年6月，中国移动旗下的中移物联正式发布环球首颗RISC-V架构的LTE-Cat.1芯片（CM8610 LTE-Cat.1芯片）和中国移动首颗量产的蜂窝物联网通信芯片（CM6620 NB-IoT芯片；当年八月，中国移动又发布了一颗核心自主创新成果“破风8676”可重构5G射频收发芯片。按照中国移动的描述，这些芯片不但能够提升公司产品的性能表现，同时还为海内自主可控奇迹添砖加瓦。
在“磐石”DPU面世后，中国移动的自研芯片业务又上了一个新台阶。期待他们在未来给我们带来更多的惊喜。
