英偉達(dá)：DPU 將讓數(shù)據(jù)中心成為新計(jì)算單元

去年的 GTC 2020 大會(huì)上，英偉達(dá)（NVIDIA）發(fā)布了一款全新的處理器 DPU（Data Processing Unit，數(shù)據(jù)處理單元），由新型的 DOCA（Data-Center-Infrastructure-On-A-Chip Architecture）軟件架構(gòu)提供支持。

據(jù)媒體報(bào)道，近 1 年來，DPU 成為業(yè)界追逐的話題，Marvell、Broadcom、VMware 等眾多制造商已加入這一細(xì)分賽道。今年 4 月，英偉達(dá)發(fā)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(huì)上，英偉達(dá)網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部亞太區(qū)市場(chǎng)開發(fā)高級(jí)總監(jiān)宋慶春對(duì)媒體介紹，隨著數(shù)據(jù)量越來越大，很多通信模型會(huì)制約系統(tǒng)性能，傳統(tǒng)的馮?諾依曼架構(gòu)無法解決由通信模型帶來的網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，繼續(xù)提升數(shù)據(jù)中心性能成為業(yè)界共同面對(duì)的挑戰(zhàn)。

以數(shù)據(jù)為中心的新架構(gòu)，可以解決這個(gè)問題。宋慶春介紹，這一架構(gòu)意味著數(shù)據(jù)在哪里，計(jì)算就在那里。當(dāng)數(shù)據(jù)在 GPU 上，計(jì)算就在 GPU 上；當(dāng)數(shù)據(jù)在 CPU 上，計(jì)算就在 CPU 上；當(dāng)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臅r(shí)候，計(jì)算就在網(wǎng)絡(luò)中。“新架構(gòu)可以解決網(wǎng)絡(luò)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(shí)降低 10 倍以上。”

而 DPU 的出現(xiàn)，為以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算架構(gòu)提供了創(chuàng)新思路。宋慶春介紹，之前在以 CPU 為主體的系統(tǒng)里，所有的操作都用 CPU 來做。以 OVS 操作為例，跑在 CPU 上，會(huì)消耗很多 CPU 的核，但運(yùn)行 OVS 的效率非常低。如果將 OVS 放到 DPU 上運(yùn)行，則可以實(shí)現(xiàn) OVS 和 CPU 業(yè)務(wù)之間的隔離，降低 OVS 對(duì)于業(yè)務(wù)性能的影響。

目前英偉達(dá)已經(jīng)推出了 BlueField-2 DPU，GTC 2021 上推出的新一代 BlueField-3 DPU，相比上代產(chǎn)品計(jì)算能力提升 5 倍、加密處理能力提升 4 倍、存儲(chǔ)性能也提升了 3~4 倍，整體性能得到全面提升。據(jù)悉，BlueField-3 預(yù)計(jì)在明年上半年推向市場(chǎng)。

宋慶春指出，隨著 DPU 的崛起，數(shù)據(jù)中心成為新的計(jì)算單元。這一定會(huì)掀起一波數(shù)據(jù)中心的變革，不管是從單芯片、還是大規(guī)模的超級(jí)計(jì)算機(jī)，都可以采用統(tǒng)一的架構(gòu)，在單芯片上可以有計(jì)算、有存儲(chǔ)、有通信，一個(gè)數(shù)據(jù)中心所需的各個(gè)單元都有了。而大規(guī)模數(shù)據(jù)中心也是一樣的架構(gòu)，有計(jì)算、存儲(chǔ)、通信等各單元，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一架構(gòu)的計(jì)算單元。“到了 BlueField-4 以后，我們將 GPU 集成到 DPU，DPU 就會(huì)成為一個(gè)完整的芯片級(jí)數(shù)據(jù)中心。”

在本次媒體溝通會(huì)上，國內(nèi)知名云服務(wù)商，UCloud 資深技術(shù)專家馬彥青表示，選擇 DPU，是因?yàn)橛龅搅司W(wǎng)絡(luò)的性能瓶頸，同時(shí)期望降低成本。英偉達(dá)的 DPU 可以實(shí)現(xiàn) ASAP2 網(wǎng)絡(luò)卸載、SNAP/Virtio 存儲(chǔ)卸載、ARM 處理器編排管理、DPI 深度包檢測(cè)與加密、IB/RDMA 加速數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽瑫r(shí)提升網(wǎng)關(guān)帶寬和數(shù)據(jù)安全的優(yōu)勢(shì)，受到 UCloud 的歡迎。

例如在存儲(chǔ)方面，UCloud 過去采取傳統(tǒng)方式，即使用本地盤來做存儲(chǔ)，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的狀況，想恢復(fù)是一件非常困難的事情。利用 DPU 和 DOCA 重構(gòu) UCloud 的裸金屬存儲(chǔ)架構(gòu)，系統(tǒng)盤和數(shù)據(jù)盤都采用 RSSD 云盤，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算和存儲(chǔ)的解耦，這帶來的好處，一是用戶可以免裝機(jī)，分鐘級(jí)交付；二是不需要定制機(jī)型，減少資源浪費(fèi)；三是發(fā)生故障時(shí)因?yàn)椴捎昧嗽票P，可以快速遷移，且數(shù)據(jù)端是三副本，保證數(shù)據(jù)的安全。

此外，DPU 對(duì)于 UCloud 的意義，還在于實(shí)現(xiàn)了一張卡來實(shí)現(xiàn)虛擬化和裸金屬架構(gòu)的統(tǒng)一在，這使得 UCloud 可以共用存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件棧，甚至物理網(wǎng)絡(luò)也可以做到統(tǒng)一。“這是 UCloud 三年前設(shè)計(jì)裸金屬架構(gòu)時(shí)制定的目標(biāo)。”馬彥青說表示。

宋慶春強(qiáng)調(diào)，DPU 生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)得到操作系統(tǒng)、安全、存儲(chǔ)、應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈廠商的廣泛支持。英偉達(dá)與 UCloud 在兩年前開始合作時(shí)，那時(shí)還沒有 DOCA，也沒有系統(tǒng)的 DPU API 軟件支持，但基于雙方的共識(shí)，UCloud 開發(fā)團(tuán)隊(duì)付出了大量努力，在他們的云上實(shí)現(xiàn)了軟件定義和硬件加速的高度協(xié)作，實(shí)踐了 DPU 提升系統(tǒng)性能和安全的能力。“隨著 DOCA 的逐步成熟，雙方合作也會(huì)邁向新臺(tái)階。”