【基於DPU的應用環境來臨】DPU運算加速應用邁入新階段

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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