DPU 技術(shù)發(fā)展概況系列（一）什么是DPU

DPU（Data Processing Unit）是以數(shù)據(jù)為中心構(gòu)造的專用處理器，采用軟件定義技術(shù)路線支撐基礎(chǔ)設(shè)施層資源虛擬化，支持存儲(chǔ)、安全、服務(wù)質(zhì)量管理等基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)。2020年NVIDIA公司發(fā)布的DPU產(chǎn)品戰(zhàn)略中將其定位為數(shù)據(jù)中心繼CPU和GPU之后的“第三顆主力芯片”，掀起了一波行業(yè)熱潮。DPU的出現(xiàn)是異構(gòu)計(jì)算的一個(gè)階段性標(biāo)志。與GPU的發(fā)展類似，DPU是應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的又一典型案例；但與GPU不同的是，DPU面向的應(yīng)用更加底層。DPU要解決的核心問題是基礎(chǔ)設(shè)施的“降本增效”，即將“CPU處理效率低下、GPU處理不了”的負(fù)載卸載到專用DPU，提升整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)的效率、降低整體系統(tǒng)的總體擁有成本（TCO）。DPU的出現(xiàn)也許是體系結(jié)構(gòu)朝著專用化路線發(fā)展的又一個(gè)里程碑。

關(guān)于DPU中“D”的解釋

DPU中的“D”有三種解釋：

1.Data Processing Unit，即數(shù)據(jù)處理器。這種解釋把“數(shù)據(jù)”放在核心位置，區(qū)別于信號(hào)處理器、基帶處理器等通信相關(guān)的處理器對(duì)應(yīng)的“信號(hào)”，也區(qū)別于GPU對(duì)應(yīng)的圖形圖像類數(shù)據(jù)，這里的“數(shù)據(jù)”主要指數(shù)字化以后的各種信息，特別是各種時(shí)序化、結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，比如大型的結(jié)構(gòu)化表格，網(wǎng)絡(luò)流中的數(shù)據(jù)包，海量的文本等等。DPU就是處理這類數(shù)據(jù)的專用引擎。

2.Datacenter Processing Unit，即數(shù)據(jù)中心處理器。這種解釋把數(shù)據(jù)中心作為DPU的應(yīng)用場(chǎng)景，特別是隨著WSC（Warehouse-scale Computer）的興起，不同規(guī)模的數(shù)據(jù)中心成為了IT核心基礎(chǔ)設(shè)施。目前來看，DPU確實(shí)在數(shù)據(jù)中心中使用前景非常廣闊。但是計(jì)算中心的三大部分：計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)，計(jì)算部分是CPU占主導(dǎo)，GPU輔助；網(wǎng)絡(luò)部分是路由器和交換機(jī)，存儲(chǔ)部分是高密度磁盤構(gòu)成的的RAID系統(tǒng)和SSD為代表非易失性存儲(chǔ)系統(tǒng)。在計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)中扮演數(shù)據(jù)處理的芯片都可以稱之為Datacenter Processing Unit，所以這種說法相對(duì)比較片面。

3.Data-centric Processing Unit，即以數(shù)據(jù)為中心的處理器。Data-centric，即數(shù)據(jù)為中心，是處理器設(shè)計(jì)的一種理念，相對(duì)于“Control-centric”即控制為中心。經(jīng)典的馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)就是典型的控制為中心的結(jié)構(gòu)，在馮諾依曼經(jīng)典計(jì)算模型中有控制器、計(jì)算器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出，在指令系統(tǒng)中的表現(xiàn)是具有一系列非常復(fù)雜的條件跳轉(zhuǎn)和尋址指令。而數(shù)據(jù)為中心的理念與數(shù)據(jù)流（Data Flow）計(jì)算一脈相承，是一種實(shí)現(xiàn)高效計(jì)算的方法。同時(shí)，現(xiàn)在試圖打破訪存墻（Memory Wall）的各種近存（Near-memory）計(jì)算、存內(nèi)（In-memory）計(jì)算、存算一體等技術(shù)路線，也符合數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計(jì)理念。

以上三種關(guān)于“D”的解釋，從不同角度反映DPU的特征，都有一定的可取之處，筆者認(rèn)為可以作為不同的三個(gè)維度來理解DPU的內(nèi)涵。

來源：專用數(shù)據(jù)處理器（DPU）技術(shù)白皮書，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，鄢貴海等

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