近兩、三年來,資料處理器(Data Processing Units,DPU)堪稱是發展最興盛、迅速的儲存硬體技術領域之一,吸引眾多廠商競相投入。其中既有Intel、Broadcom、Nvidia/Mellanox等網路卡大廠,也有Xilinx這樣的FPGA龍頭廠商,還有Marvell與Netronome等重量級網路元件供應商,更有Pensando、Fungible、Nebulon、SoftIron與Pliops等新創廠商。

就連原本無DPU產品的廠商,也試圖藉併購進入這領域,如AMD今年2月宣布以19億美元併購Pensando,而這家被買下的公司,他們所發展的主力產品:分散式服務卡(Distributed Services Card,DSC),是以支援P4語言、可程式化處理器為核心的DPU加速卡。AMD也因此躋身DPU供應商一員。

過去幾個月以來,DPU的發展也開始進入新階段,除了持續有新產品問世,還誕生首批基於DPU的完整產品與應用架構,出現嶄新混合式DPU應用架構。

DPU的基本類型

DPU是一種輔助的可程式化處理器,專門用於為IT基礎架構提供特定應用的運算加速功能,例如網路、安全或儲存等,藉此卸載伺服器與儲存設備的運算負荷,進而改善整體效能。

隨著個別廠商偏好、技術發展路線的差異,以及產品型態與應用取向的不同,大家對於DPU這類產品還有著各式各樣的稱呼,例如:智慧型網路卡(SmartNIC)、可程式化加速卡(Programmable Accelerator),儲存處理器(SPU)、基礎架構處理器(IPU)、智慧型SSD(SmartSSD)、可程式化SSD(Programmable SSD),以及運算型儲存裝置(Computational storage)等等。

儘管產品名稱繁多,但我們還是可以根據處理器的形式,以及產品部署的方式等兩方面出發,作為分析框架,理清這些形形色色產品的脈絡。

DPU的處理器類型

依我們來看,DPU應看作「角色」,而非特定處理器架構形式,任何可程式化的處理器,無論是CPU、FPGA,甚至是GPU,只要是用於「資料處理」目的的輔助加速硬體,都可算是DPU。

當前最普遍應用於DPU的處理器類型,是嵌入式通用處理器、專用網路處理器、FPGA,這也形成3大技術陣營。

採用嵌入式通用處理器的DPU廠商有Mellanox、Broadcom、Nebulon等;採用FGPA的則有Intel、Xilinx、三星、NGD Systems等;採用專用網路處理器的則有Pensando、Netronome等。

事實上,通常DPU廠商採用一種處理器架構,然而,還是有例外。像是Intel旗下DPU產品同時包含前述3種架構;也有廠商後續更換處理器架構,如NGD System與ScaleFlux,都在新產品改用Arm處理器作為運算核心,取代早先使用的Xilinx FGPA。

除了前述3大處理器架構陣營外,還有基於GPU處理器架構的DPU產品,不過這類產品很少,目前已知只有Nyriad。也有少數DPU產品是基於ASIC晶片,如Intel即將推出的Mount Evans,雖然ASIC缺乏其他處理器的應用彈性,但執行特定應用時,速度遠高於其他處理器。

DPU的部署形式

DPU是一種搭配伺服器或儲存設備使用的輔助運算裝置,從DPU部署到伺服器或儲存設備的形式來看,可分為I/O介面卡與運算型儲存裝置等兩大類型,I/O介面卡是以擴充介面卡的形式來部署,運算型儲存裝置則是以2.5吋SSD或PCIe SSD卡的形式來部署,各自具備不同的應用取向與特性。

在I/O介面卡方面,又分為智慧型網路卡、伺服器卸載處理器、儲存陣列控制器等幾種類型。無論屬於何種類型,這類產品的基本型態,都是1張搭載嵌入式運算單元、內含1到2組高速網路埠的PCIe介面卡,可以看作是具備加速運算功能的網路卡,除基本的網路傳輸功能外,還提供額外的運算卸載功能。似的,運算型儲存裝置則可看作是搭載了嵌入式運算單元的SSD,和一般SSD同樣提供儲存空間,但另外提供了運算卸載功能。

不過,視個別廠商的產品定位差異,這些DPU通常各具不同的卸載應用取向。例如,智慧型網路卡或伺服器卸載處理器類型產品,大多以網路傳輸、加密與安全協定方面的卸載功能為主;儲存陣列控制器類型的產品,則通常還能提供RAID方面的運算卸載功能,甚至是SAS磁碟連接功能;至於運算型儲存裝置,多半是提供壓縮、重複資料刪除等資料縮減運算功能。

DPU發展的兩大新趨勢

過去一年多以來,DPU領域有了2項與以往不同的新變化。

首先,是開始從個別元件形成完整的系統。無論是哪一種DPU產品,智慧型網路卡、伺服器卸載處理器或運算型儲存裝置,都只是本身無法獨立運作的個別元件,必須搭配伺服器或儲存設備才能運作,用戶必須自行解決DPU與系統的整合問題。

到了現在,有廠商推出內含DPU的完整系統產品,包含整合DPU的儲存陣列,以及結合伺服器、儲存設備的整櫃式套件等,免除整合麻煩,便於應用。

其次,是出現了跨界的混合式DPU應用,也就是將2種不同型態的DPU結合在一起,試圖兼收不同DPU的優點,提供更完整的運算卸載功能。

而這兩項發展,不僅讓DPU產品領域的內涵更為豐富,也讓DPU產品的應用往前邁進了一大步。

基本上,DPU是一種「角色」,而非特定的處理器架構類型,因此,只要是用於「資料處理」的「可程式化處理器」,都可以算是DPU。但不同的處理器架構,分別具有不同的應用彈性、便利性與效能特性,進而會影響DPU的功能取向。舉例來說,通用的CPU具備最高的應用彈性與便利性,但效能不如其他類型的處理器。而ASIC與GPU在特定應用中具備極高的效能,但其應用便利性與彈性也相對較低。

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