·據(jù)IDC統(tǒng)計，全球算力需求平均每3.5個月翻一倍。DPU的出現(xiàn)首先要解決的就是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包處理的問題。隨著核心網(wǎng)、匯聚網(wǎng)朝著100G、200G發(fā)展，接入網(wǎng)也達到50G、100G時，CPU無法提供足夠的算力來處理數(shù)據(jù)包了。

·DPU的一個核心議題即關于定制化和標準化。不斷互動的結果即芯片廠家和一些主流客戶形成行業(yè)共識，建立一個開源開放的行業(yè)生態(tài)。

英偉達創(chuàng)始人黃仁勛2020年將DPU與CPU、GPU并列稱為“未來計算三大支柱”，雖然DPU此后才逐漸成為芯片投資的熱門賽道，但實際上，巨頭們的角逐早已開始。

2015年，英特爾收購Altera，并于2021年發(fā)布IPU類DPU產(chǎn)品；Marvell從2018年開始陸續(xù)收購了Cavium、Avera Semiconductor和芯片初創(chuàng)公司Innovium；賽靈思2019年宣布收購Solarflare，2020年發(fā)布Alveo系列加速卡產(chǎn)品，2022年又被AMD收購；Fungible于2019年提出了DPU的概念，后專注于DPU設計；2020年，英偉達69億美元收購以色列網(wǎng)絡芯片商Mellanox，并將BlueField產(chǎn)品線更名為Nvidia DPU，后又以400億美元收購芯片設計公司ARM；AMD收購賽靈思以補齊FPGA短板，今年又以約19億美元收購云服務提供商Pensando，也正式進入DPU領域。

“如果說是世界排名前五的芯片公司都在做的賽道，你就可以認為這是一個兵家必爭之地。”芯啟源CEO盧笙曾在一次專訪中說道。

從2021年開始，DPU項目成為國內VC/PE的焦點。今年早些時候，英偉達的博客中寫道，“DPU已經(jīng)成為以數(shù)據(jù)為中心的加速計算模型的第三個成員。”

賽迪顧問預計，從2023年開始全球DPU市場規(guī)模將突破百億美元，并進入年增長率超50%的快車道。而中國DPU市場規(guī)模在2023年也將超300億元人民幣，呈現(xiàn)跳躍式增長，2025年國內市場規(guī)模將達到565.9億元，五年復合增速達170.60%。

那么，DPU究竟是何方神圣？為什么黃仁勛將其稱為“未來計算三大支柱”？

DPU是干什么的？

DPU，即Data Processing Unit的縮寫，直譯為數(shù)據(jù)處理單元。

“DPU的出現(xiàn)首先要解決的就是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包處理的問題。隨著核心網(wǎng)、匯聚網(wǎng)朝著100G、200G發(fā)展，接入網(wǎng)也達到50G、100G時，CPU無法提供足夠的算力來處理數(shù)據(jù)包了。而且，網(wǎng)絡帶寬的增速來自于應用的豐富、數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴大、數(shù)字化進展的驅動，而CPU性能增速卻隨著摩爾定律的放緩而下降，這進一步加劇了服務器節(jié)點上CPU的計算負擔。”中科院計算技術研究所研究員、中科馭數(shù)董事長鄢貴海分析道。

自1950年代以來，CPU（中央處理器）一直是計算設備的核心；1990年代以來，GPU（圖形處理單元）扮演重要角色。據(jù)IDC統(tǒng)計，全球算力需求平均每3.5個月翻一倍，而進入后摩爾定律時代以后，傳統(tǒng)以CPU為中心的“CPU+xPU”多元化異構計算架構在性能提升上逐漸乏力。

從CPU性能與網(wǎng)絡帶寬發(fā)展趨勢來看：網(wǎng)絡帶寬CAGR（復合年均增長率）從2010年前的30%提升至當前的45%。與之相對應的CPU性能CAGR從2010年前的23%下降至當前的3.5%，RBP指標從1附近上升到10以上，CPU應對網(wǎng)絡帶寬增長帶來的計算需求壓力不斷增大。

CPU既要處理大量的上層應用，又要維持底層軟件的基礎設施，還要處理各種特殊任務（IO類協(xié)議），不堪重負。如果把“負擔”從CPU上卸載下來，包括將網(wǎng)絡進程、虛擬化功能卸載到專用硬件上，就能釋放巨量算力。

“我們需要一個為網(wǎng)絡而生的指令集的架構——DPU，來釋放巨量算力，統(tǒng)一高效調度算力，提供‘網(wǎng)絡+算力’新模式。” 盧笙說，“GPU更多為了人工智能算法和算力的提升，或游戲的渲染等。但當數(shù)據(jù)從邊緣端傳到云的時候，它必須事先加密打包成網(wǎng)絡包，到了云以后，經(jīng)過防火墻，再把加密的工作反向回來。這就需要有一顆芯片，把這些加密網(wǎng)絡包的數(shù)據(jù)進行還原，這樣分發(fā)后CPU、GPU才能看得懂。”

DPU可以執(zhí)行原本需要CPU處理的網(wǎng)絡、存儲和安全等任務，順滑地接手CPU所不擅長的網(wǎng)絡協(xié)議處理、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)壓縮等數(shù)據(jù)處理任務，并且對各類資源分別管理、擴容、調度。

對芯片有深度了解的讀者可能在這里就會有一個疑問，難道是現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的CPU、GPU、路由器、交換機不能繼續(xù)作為“面向基礎設施層的數(shù)據(jù)處理單元”了嗎？鄢貴海解答道，“計算系統(tǒng)的研究很大程度上是‘優(yōu)化’的研究；現(xiàn)有的基礎設施不是不能，而是不夠‘優(yōu)化’。”

同時，DPU還有一個重要的價值——安全。業(yè)內人士分析，DPU作為一個獨立的處理器，具有完全可編程性，兼具安全或測量啟動功能，可以看作是通往主機的網(wǎng)絡流量的消防帶。DPU可實現(xiàn)基礎設施可信的解決方案，僅啟動處于供應商高度保護、特定版本的操作系統(tǒng)，運行特定的軟件堆棧，而與主機軟件完全隔離。以英偉達的DPU為例，當計算機系統(tǒng)物理上不聯(lián)網(wǎng)時，DPU可防止入侵，從而承載了物理隔離安全特性的功能。

DPU核心議題：定制化和標準化

一般情況下，我們會認為定制設計才可實現(xiàn)性能和效率的最優(yōu)，但放到真實的市場環(huán)境中，可能就有不一樣的看法。

定制意味著沒有冗余，必然同時帶來覆蓋場景較小的問題，這時候就需要考慮研發(fā)成本。而如果芯片設計為了覆蓋盡可能多的場景，不得不實現(xiàn)功能超集，那實際的功能利用率和資源效率反而不是最高。

另一方面則事關應用生態(tài)。定制設計功能完全確定，那就難以覆蓋復雜計算場景的差異化要求。這包括橫向的不同用戶的差異化需求，以及縱向的單個用戶的迭代變化。即使同一場景，不同芯片廠家的定制設計引擎架構依然五花八門，毫無生態(tài)可言。

芯片廠家肯定期待一顆芯片被眾多廠家采用，甚至希望用戶捆綁到私有的架構平臺上形成依賴。而用戶需要的是所有芯片供應商提供一致性的硬件平臺，一方面是不希望形成特定廠家依賴，另一方面是跨硬件平臺遷移需要硬件一致性。

“現(xiàn)在整個行業(yè)發(fā)展特別快，尤其是數(shù)字經(jīng)濟，各行各業(yè)的需求非常碎片化，不太可能把這些都集成進芯片，所以我們的DPU是基于一個高度可編程的生態(tài)。”盧笙對澎湃新聞（www.usamodel.cn）說。

芯啟源近日發(fā)布了全面開放的數(shù)據(jù)基礎虛擬化及加速開發(fā)平臺CODIVA。芯啟源產(chǎn)品市場總監(jiān)曹輝介紹，通過CODIVA，芯啟源的合作伙伴和業(yè)內開發(fā)人員可以利用平臺開放出的API接口，構建適合自身業(yè)務系統(tǒng)的網(wǎng)絡、安全、存儲、管理等數(shù)據(jù)基礎設施。

這可能也是不斷互動的結果，即芯片廠家和一些主流客戶一起形成行業(yè)共識，建立一個開源開放的行業(yè)生態(tài)。

中國DPU芯片的發(fā)展機會

對比中美在DPU芯片方面的表現(xiàn)，鄢貴海認為，“DPU的性能問題，一方面是設計問題，比如結構是否優(yōu)秀、功能是否完善等，另一方面是生產(chǎn)制造問題。從綜合產(chǎn)品力來看，我們雖然局部技術上占有優(yōu)勢，整體上還難以與西方芯片巨頭如英偉達、邁威等相匹敵，因此，目前DPU的整體格局還是典型的‘西強東弱’。”

同時，鄢貴海補充道，中國算力需求是全球最強勁的，服務器的需求增速全球第一，國家層面還有“新基建”中的“算力基礎設施”的宏大布局、今年2月啟動的“東數(shù)西算”戰(zhàn)略布局、運營商開始廣泛投入的“算力網(wǎng)絡”的建設等。這不僅為DPU的發(fā)展提供了機遇，給整個信息技術、計算技術的發(fā)展都提供了新的機會。

盧笙也表示，“好消息是中國廠商和國際廠商都在同一起跑線上。”隨著需求增長，中國市場本身體量很大，同時國家大力推進數(shù)字經(jīng)濟，這都給中國廠商發(fā)展提供了很好的土壤。盧笙認為，中國廠商在DPU領域能夠脫穎而出的最大優(yōu)勢在于中國數(shù)字經(jīng)濟的應用場景走在世界前列，比如隨處可見的移動支付等。

中國計算機學會專家曾在《DPU：以數(shù)據(jù)為中心的專用處理器》中估計，用于數(shù)據(jù)中心的DPU的使用量將達到和數(shù)據(jù)中心服務器等量的級別，每年以千萬級新增，算上存量的替代，5年總體的需求將突破兩億枚。

在可預見的未來，DPU將主要應用于數(shù)據(jù)中心/云計算、智能駕駛、數(shù)據(jù)通信等領域，同時可能提升在網(wǎng)絡安全、信創(chuàng)、國防軍工等細分市場的滲透率。目前看來，云計算是DPU的主要應用場景。2017-2019 年，我國云計算行業(yè)規(guī)模增速均在 30%以上，2022年，我國云計算市場規(guī)模預計為2951.5 億元。

這樣的預期也帶來了DPU芯片賽道的投資熱潮。

僅在2021年，芯啟源便完成了3輪融資，投資方包括軟銀中國、SIG海納亞洲、中國互聯(lián)網(wǎng)投資基金、華潤資本潤科基金、興旺投資等。同一時間，大禹智芯、中科馭數(shù)、星云智聯(lián)、益思芯等公司也成為VC/PE圍獵的對象。其中，大禹智芯、中科馭數(shù)都在2021年完成了兩輪數(shù)億融資。

除此之外，互聯(lián)網(wǎng)巨頭如騰訊、美團、字節(jié)跳動、百度等也涌入了DPU賽道。比如2021年10月成立的云脈芯聯(lián)，天使輪融資的投資方除了IDG資本和壁仞科技外，還有字節(jié)跳動的身影，美團和百度則同看中了星云智聯(lián)。