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DPU 技术发展概况系列(二)DPU的作用

中科驭数(北京)科技有限公司 2022-03-31 11:27 次阅读

DPU最直接的作用是作为CPU的卸载引擎,接管网络虚拟化、硬件资源池化等基础设施层服务,释放CPU的算力到上层应用。以网络协议处理为例,要线速处理10G的网络需要的大约4个Xeon CPU的核,也就是说,单是做网络数据包处理,就可以占去一个8核高端CPU一半的算力。如果考虑40G、100G的高速网络,性能的开销就更加难以承受了。Amazon把这些开销都称之为“Datacenter Tax”,即还未运行业务程序,先接入网络数据就要占去的计算资源。AWS Nitro产品家族旨在将数据中心开销(为虚拟机提供远程资源,加密解密,故障跟踪,安全策略等服务程序)全部从CPU卸载到Nitro加速卡上,将给上层应用释放30%的原本用于支付“Tax”的算力!

DPU可以成为新的数据网关,将安全隐私提升到一个新的高度。在网络环境下,网络接口是理想的隐私的边界,但是加密、解密算法开销都很大,例如国密标准的非对称加密算法SM2、哈希算法SM3和对称分组密码算法SM4。如果用CPU来处理,就只能做少部分数据量的加密。在未来,随着区块链承载的业务的逐渐成熟,运行共识算法POW,验签等也会消耗掉大量的CPU算力。而这些都可以通过将其固化在DPU中来实现,甚至DPU将成为一个可信根。

DPU也可以成为存储的入口,将分布式的存储和远程访问本地化。随着SSD性价比逐渐可接受,部分存储迁移到SSD器件上已经成为可能,传统的面向机械硬盘的SATA协议并不适用于SSD存储,所以,将SSD通过本地PCIe或高速网络接入系统就成为必选的技术路线。NVMe(Non Volatile Memory Express)就是用于接入SSD存储的高速接口标准协议,可以通过PCIe作为底层传输协议,将SSD的带宽优势充分发挥出来。同时,在分布式系统中,还可通过NVMeover Fabrics(NVMe-oF)协议扩展到InfiniBand、Ethernet、或Fibre channel节点中,以RDMA的形式实现存储的共享和远程访问。这些新的协议处理都可以集成在DPU中以实现对CPU的透明处理。进而,DPU将可能承接各种互连协议控制器的角色,在灵活性和性能方面达到一个更优的平衡点。

DPU将成为算法加速的沙盒,成为最灵活的加速器载体。DPU不完全是一颗固化的ASIC,在CXL、CCIX等标准组织所倡导CPU、GPU与DPU等数据一致性访问协议的铺垫下,将更进一步扫清DPU编程障碍,结合FPGA等可编程器件,可定制硬件将有更大的发挥空间,“软件硬件化”将成为常态,异构计算的潜能将因各种DPU的普及而彻底发挥出来。在出现“Killer Application”的领域都有可能出现与之相对应的DPU,诸如传统数据库应用如OLAP、OLTP,5G边缘计算,智能驾驶V2X等等。

来源:专用数据处理器(DPU)技术白皮书,中国科学院计算技术研究所,鄢贵海等

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