DPU市場新十字路口，第三方不如自研？
電子發燒友網報道（文/周凱揚）在1G/10G的網絡發展階段，就已經有了標準網卡NIC投入應用，滿足基本的數據包傳輸和接收工作。但隨著云計算、虛擬化、機密計算等追求更高性能和更多功能的場景出現，傳統的網卡已經無法滿足大家的需求，CPU需要進一步減輕在網絡、存儲和安全負載，所以整個行業邁入了智能網卡階段。
在SmartNIC智能網卡階段，絕大多數產品都是基于FPGA打造的，但數據中心對IO性能要求越來越高，就連如今的這些網卡都需要參與更多的數據處理工作，也就慢慢轉向人們口中常說的DPU，在高速的NIC數據路徑上加入更多的處理器核心，靠軟件定義網絡。從2020年開始，DPU市場廣受資本市場追捧，不少廠商都在這個階段開啟了收購，然后紛紛將產品更名為xPU。
從技術路線上，DPU也被分成了三種，一種是NIC與FPGA或CPU核心依靠PCIe等技術相連的混合解決方案，另一種是NIC和處理器核心高度集成在一個SoC內的方案，最后則是純粹的高度并行化FPGA方案。
然而到了2024年，DPU市場明顯達到了一個新的十字路口。首先DPU在超大規模云服務商的受歡迎程度越來越高，DPU也成了他們實現差異化最佳的方式之一。幾大DPU廠商仍在推陳出新，但由于產量、封閉等原因，我們還是沒能看到DPU以更大的規模在服務器上鋪開，即便是在應用最多的超大規模云服務商的服務器上，其部署率也不過剛突破50%。
英偉達，DPU+SuperNIC
2019年3月，英偉達斥資69億美元收購了Mellanox，也因此收獲了其BlueField IP，并開始推行DPU的概念。GTC2020年上，英偉達很快就宣布了由他們打造的首個BlueField DPU卡BlueField-2，隨后又公開了將Ampere架構的GPU集成在同一張卡上的BlueField-2X，利用GPU來提升其算力。
2021年，英偉達宣布了其最新的BlueField-3，集成了至多16個Arm A78核心，支持PCIe 5.0。但也就是從這一代開始，英偉達對于BlueField的定位出現了分支，也就是全新的SuperNIC。在英偉達的描述中SuperNIC又是一個用于提升網絡性能的設備，與SmartNIC、DPU和IPU聽起來好像也沒有什么不同。但SuperNIC專門針對AI加速網絡做了優化。
BlueField DPU路線圖 / 英偉達
其中BlueField-3 DPU和過去的DPU產品定位保持一致，用于卸載和加速網絡、存儲、安全和管理功能。而BlueField-3 SuperNIC則主要用于網絡活動更密集、需要大量并行運算的場景，也就是AI服務器/GPU服務器。
在拓展效率上，SuperNIC也要更強一些。比如在單個系統中，往往只能容納1到2個BlueField-3 DPU，卻可以容納至多8個BlueField SuperNIC。而且單個系統中，GPU與SuperNIC 1：1的比例能夠進一步提升AI服務器的效率。
今年即將推出的BlueField 4將進一步增加晶體管規模的同時，網絡性能將用于支持800Gbps的數據中心網絡。不僅如此，英偉達決心在其算力上實現巨大提升，從BlueField-3的1.5TOPS，直接暴漲到1000TOPS。
AMD，SmartNIC+Pensando
為了在服務器市場搶占更多的市場份額，我們可以看到AMD這幾年不斷地在CPU和GPU的設計上推陳出新，一點點地蠶食英特爾的市場份額，除此之外在SmartNIC和DPU領域，AMD也有所布局。
首先是SmartNIC，作為FPGA大廠，Xilinx在被AMD收購前已經有了優秀的Alveo系列SmartNIC產品陣容，尤其是在對延遲極為敏感的金融電子交易領域，AMD Alveo系列加速卡可謂一騎絕塵。以最新的Alveo UL3524為例，其收發延遲可以降低至3ns以下。
在DPU上，AMD也欲與英偉達、英特爾同臺競爭。2022年4月，AMD宣布斥資19億美元購買DPU廠商Pensando。Pensando作為市面為數不多的DPU廠商，主要優勢在于極高的性能。從其路線圖上來看，目前AMD已經實現了第一代DPU Capri（200G）和第二代Elba（400G）兩大DPU的量產。AMD去年也發布了基于其P4 DPU管線結合16個Arm A72核心的Giglio，在第二代的Elba DPU的基礎上對功耗和性能進行了進一步優化。
Pensando DPU路線圖 / AMD
AMD預計在今年會發布第三代Pensando DPU，Salina。Salina將采用5nm工藝打造，實現兩倍于上一代的性能，與英偉達的BlueField 4一樣支持800G網絡。而且AMD在Pensando DPU上做好了前向兼容，節省了應用程序開發所需的時間。
也正是在收購后不久，AMD就宣布其Pensando卡成為首批支持由戴爾、HPE和聯想等頭部服務器供應商提供的VMware vSphere 8的DPU解決方案之一，在vSphere 的支持下，服務器的CPU網絡服務負載將進一步降低。除了服務器廠商之外，AMD Pensando也已經收獲了Azure、IBM Cloud和Oracle Cloud等云服務客戶。
在AMD去年Q1的財報會議上，AMD提到他們的Pensando DPU正在為微軟的Azure提供加速連接服務。在支持的實例中，每個設備都部署了六個高性能的AMD Pensando DPU，所有用戶程序的虛擬機都能訪問這些DPU。微軟的加速連接作為一項vNIC租賃業務，用戶可以通過開啟該服務來改善網絡連接效率，相比傳統的SmartNIC而言，每秒連接數提升超過10倍。
大量普及卻“封閉”的DPU生態
要說市面上最為普及的DPU，那必定是亞馬遜的AWS Nitro系列產品，盡管亞馬遜并沒有用到DPU這個名字。2016年，亞馬遜收購了以色列公司Annapurna Labs，隨后就在內部開啟了最早的自研服務器芯片計劃，Nitro。
截至今日，亞馬遜自研的AWS Nitro芯片已經迭代了5個版本，AWS云服務上500多種實例都集成了AWS Nitro芯片。考慮到AWS全球第一大云服務商的規模，AWS Nitro可謂是名副其實的第一大DPU。
然而，AWS Nitro是并不對外出售的，屬于AWS獨占的自研產品。很明顯，自研的DPU更能節省成本，并針對自己的服務器架構量體裁衣，這樣一個大幅提高競爭力的產品，亞馬遜自然不會選擇對外出售。
采取同樣策略的基本是云服務廠商，包括阿里巴巴和微軟。阿里云的MoC卡/神龍芯片CIPU也是類似的產品，從2016年起，阿里巴巴就開始自研相關的虛擬化芯片了，直到2018年MoC卡的正式落地。2021年云棲大會，阿里云發布了第四代神龍架構，實現了網絡和存儲操作的完全硬件卸載，進一步增強存儲IO和網絡IO性能，并率先支持大規模的彈性RDMA加速。
去年年初，微軟正式宣布收購DPU開發商Fungible。這家DPU廠商一度陷入市場競爭較大，但產品難產的局面，此前被傳出售給Meta失敗后，已經在采取裁員和縮減產品組合。隨著微軟收購后，其團隊都將加入微軟的數據中心基礎設施建設開發團隊。盡管收購至今，微軟還沒有拿出對應的產品，但可以想象其DPU方案必定會廣泛用于Azure云服務器，從而拋棄第三方的方案，或是為后者統一接口。
寫在最后
據市場研究公司Dell'Oro Group的預測，從DPU概念興起的2020年到2028年，市場總值將維持25%的年復合增長率，其中絕大多數市場份額來自排名前四的美國云服務廠商，其次才是來自中國的前四大云服務廠商。
排除掉自研的云服務廠商們，DPU市場并不算大，在20億美元左右，但持續增長的勢頭并沒有減弱。即便是第三方DPU方案商，比如英偉達、AMD、英特爾、Marvell、Achronix和云豹智能等，也有機會憑借著更高的性能和AI服務器的熱潮，打進頭部云服務商的服務器中。但對于更小規模的組織來說，他們依然面臨著選擇受限、部署困難的問題。
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