计算芯片的第三片海
未来计算有三大支柱，CPU和GPU已稳坐两席，最后有资格入选是谁？英伟达CEO黄仁勋给出了自己的答案：“第三颗主力芯片”是DPU。[1]
三大计算支柱角色各异。CPU相当于管家，负责思考处理各种业务；GPU相当于美工，专门处理各种图像处理工作；DPU相当于前台，负责打包、拆包各种数据[2]。DPU虽然是芯片界后生，但因市场规模可期，这两年热潮涌动，疯狂入局的全球新玩家，都想从这片海中取一勺。
本文是“果壳硬科技”策划的“国产替代”系列第五篇文章，关注DPU国产替代。在本文中，你将了解到：DPU是什么，DPU能做什么，这一概念的发展历史，国产DPU的机会。
付斌 | 作者
李拓 | 编辑
果壳硬科技 | 策划
疯狂的DPU赛道
DPU（Data Processing Unit）是一种拥有计算能力的智能网卡，用于分担CPU运行低效、GPU难以处理的网络、存储和安全等任务，以提升计算系统效率、降低系统总拥有成本（TCO）。[3]
国内DPU市场有多疯狂？创业公司赶集式落地和抢先宣发，是最直接的表现。
据果壳硬科技（ID：guokr233）统计，2020年~2022年，有超过10家Pre-A轮或A轮初创企业开始规划并陆续出货DPU产品，投资方不乏红杉、腾讯、百度、美团、字节跳动、中科创星等机构。
DPU相关国产厂商投融资情况，制表丨果壳硬科技
参考资料丨公开资料
由于DPU概念较新，市场导入正当时，国内DPU初创企业极其注重产品的设计研发和量产速度。
DPU相关国产厂商，制表丨果壳硬科技
“赶工”并非浮躁，而是因为现有海外产品本身单价贵，加之出货量小，代理购买会进一步增加成本。更重要的是，处于探索阶段的海外公司，产品也不是很完善，国产DPU这一赛道机会非常大。
芯启源董事长兼CEO芦笙曾向笔者介绍，DPU是兵家必争之地，目前世界前五的巨头都在积极布局，谁占领了这篇领地，就占领了整个数据中心和网络中心的平台。
不仅如此，DPU的需求量还在持续攀升，预计全球DPU市场规模在2024年将达100亿美元[4]，其中中国DPU市场规模将从2022年超10亿美元增长至2025年37.41亿美元，复合增长率超过50%。[5]
各大投资机构也看好DPU赛道，认为它是下一代数据中心的枢纽和是刚需，拥有数百亿美元的增量价值。[6]
为什么一定是DPU
DPU是怎么火起来的？
是因为CPU性能增加赶不上数据产生的速度：据第一财经数据，2010年以前，网络带宽年化增长约30%，现在已提升至45%，而CPU的性能增长从10年前的23%现在已经降到3%[7]。这给了DPU机会。
最开始，网络相关介入工作是由基础网卡（Network Interface Card，简称NIC）负责，但为了处理网络协议，它会挤占一些CPU算力，同时它只拥有一些非常基本的任务卸载功能。[8]
为了卸载掉这些挤占的资源，智能网卡（SmartNIC）应运而生。网卡变得智能，需要加载运行代码，为此会配备额外的计算能力和板载存储器[9]，以此降低网络互联、安全、虚拟化、内存访问等对CPU资源的消耗，为应用提供更多的CPU资源[10]。
这种智能网卡也早已部署至数据中心内。从2015年起，亚马逊[11]、微软[12]都曾先后在自己业务中部署智能网卡。
既然有了智能网卡，为什么还要DPU？因为DPU支持更多功能，包括带宽压缩、安全加密、网络功能虚拟化等，虽然这些功能对于普通用户存在感稀薄，但它们是现有日常应用更高效、更安全、更实时的保障[13]。搭载这些功能的DPU，能比智能网卡更好地解决网络协议处理、数据安全、算法加速等问题，同时这些功能是CPU做不好、GPU做不了的。[14]
DPU发展的三个阶段
图源丨专用数据处理器（DPU）技术白皮书，中国科学院计算技术研究所，鄢贵海等
虽然DPU是如此强大，但它只是CPU的助手。
数字芯片发展至今，“CPU已经很难做好所有事情”已成为行业共识，但它却又不可或缺。芯片工程师老石表示，在算法加速领域论文中，CPU就是悲催的存在，动辄比CPU强几倍、几十倍、上百倍的器件比比皆是。但任由时光流动，CPU依旧挺立在数据中心的王座，只不过旁边多了GPU，还有一个DPU蠢蠢欲动。[15]
上海矩向科技CEO、前UCloud芯片和硬件研发负责人黄朝波则分析，CPU、DPU和GPU三者既相互协作，又相互竞争。传统观点认为，DPU仅仅充当CPU的任务卸载，但按照软硬件融合观点来看，DPU与嵌入式CPU/GPU构成了超异构计算平台，独立CPU/GPU又是DPU的拓展。[16]
DPU的作用，图源丨Socnoc[17]
现有DPU市场非常粗放
DPU诞生的背后，是曲折而又折腾的命名拉锯战，这导致当前DPU市场非常粗放，标准良莠不齐，定位和市场策略百花齐放。
2019年，Fungible将DPU定义为一种新型数据处理单元，但在当时并没有砸出水花。紧接着，英伟达在2020年6月收购Mellanox，把其原IPU系列（同样功能不同名称产品）重新包装为DPU，并在2020年10月开始大张旗鼓地宣传[18]，这才让DPU被众人熟知。2021年6月，英特尔发布自己的DPU，但却改名为“基础设施处理器”（IPU）。[19]
DPU的发展历史，制表丨果壳硬科技
之后，业界又对DPU中的“D”有了三种新的解读，包括Data、Datacenter、Data-centric，分别侧重数据、数据中心、数据为中心。[20]
对DPU的不同解读
对DPU命名上的不一致，导致厂商的市场策略拥有不同的理解：英伟达（即Mellanox）面向数据安全、网络安全、存储卸载，Fungible面向网络、存储、虚拟化，英特尔、博通（Broadcom）面向交换机和路由器芯片，美满（Marvall）面向5G基带，Pensando面向支持P4的软件定义网络（SDN）。[21]
DPU竞争格局，图源丨赛迪顾问[22]
这种定位的差异，导致不同厂商在选择架构时也存在不同的理解，目前分为SoC（Arm与ASIC协同架构）、FPGA、ASIC三种主要技术形态。基于FPGA的DPU拥有最佳的灵活性，但吞吐量、功耗在一定程度上受到限制；随着带宽变高，基于ASIC的DPU需求将会增加；对于更复杂的、更广泛的用例，基于SoC的DPU拥有良好的性价比、易于编程且高度灵活性。
智能网卡不同技术实现参数对比，图源丨赛迪顾问[22]
这种差异就会引发两个问题，一是DPU究竟要做什么，如何与计算平台做衔接及对业务场景的理解，二是技术方案究竟要怎么选择。[23]
国产DPU该如何突围
由于DPU是一个新生事物，整个行业的需求各异、体系封闭的局面短期内并不会发生改变[21]。与此同时，DPU产品在全球市场上尚未真正实现规模化和商业化，这种高度整合化的器件打造难度非常高，现在已有产品并不能满足行业对DPU在通用领域的期待[24]。另外，DPU市场客户需求分散和不单一进一步加剧应用场景和架构的差异化。[25]
英特尔曾向笔者豪言：“DPU/IPU显然是一个很大的市场，但它渐渐不再是一个初创公司可以霸占的市场，而是一个由大公司主导的市场。”一直以来，对CPU非常有自信的英特尔也进入这一市场，说明所有计算都由CPU处理的时代已一去不复返，也足以说明这一领域究竟有多么重要。
由于DPU是由国际巨头提出的概念，并优先量产产品，现有市场也主要由它们包揽，这种情况下，国产DPU初创企业该如何生存？
首先，应该对应用场景有更深刻的理解。“DPU需要的是一个崭新的单元，而并非在原有交换机或CPU基础上拼凑组合[23]。”大禹智芯CEO李爽认为，不能简单地把DPU定义成一颗芯片，而是要看作一个系统，是一种架构转移。设计出一款有竞争力又好用的DPU，对场景的深刻理解是关键。[26]
无独有偶，IDG资本合伙人李骁军也表示，DPU领域需要充分理解大规模云厂商业务需求、定义架构特性，还要具备大芯片的工程实现能力。[27]
其次，用不同方案适配不同客户。芯谋高级分析师张彬磊认为，国内DPU企业更适合通过FPGA和NP等可适用性较好的方案，进入中小客户市场。[25]
最后，差异竞争，快速迭代。赛迪顾问集成电路产业研究中心分析师孙卓异建议，国内DPU采取差异化竞争思路，加快自主研发进程，加快产品的迭代速度，并在商业模式上找到细分产品角度创新。[25]
References：
[1] NVIDIA：What Is a DPU?.2020.5.20.https://blogs.nvidia.com/blog/2020/05/20/whats-a-dpu-data-processing-unit/
[2] 半导体行业观察：大有可为的DPU芯片.2021.4.8.https://mp.weixin.qq.com/s/tBP2HYK0nfYY6ZC0afJb-A
[3] 中国科学院计算技术研究所：中科院计算所牵头发布DPU技术白皮书.2021.10.21.http://www.ict.cas.cn/xwgg/jssxw/202110/t20211021_6226618.html
[4] 云豹智能Jaguarmicro：云豹智能发布全功能云霄DPU网卡，引领数据中心新趋势.2021.12.15.https://mp.weixin.qq.com/s/y5gpY6_3vrtUvU08-c1v8Q
[5] 开源证券资管：行业观察丨云计算时代算力需求提升-DPU赛道初见端倪.2022.3.9.https://mp.weixin.qq.com/s/EaZ-3fr4ZMoky3pfG1tUQQ
[6] 天天IC：资本推动下的DPU“芯”战场 ，数亿元已成投资标配？.2021.8.21.https://mp.weixin.qq.com/s/t2VIA2CAsvqZ3H29O77cMA
[7] 来莎莎.DPU:呼之欲出的百亿赛道[N].第一财经日报,2021-12-30(A10)
[8] 软硬件融合：如何区分SmartNIC和DPU的定义？STH NIC分类框架介绍.2021.8.31.https://mp.weixin.qq.com/s/0wohV_OIvi3Tubn1q5daEw
[9] Xilinx赛灵思官微：SmartNIC 与普通的 NIC 有哪些显著性差异？.2020.10.10.https://mp.weixin.qq.com/s/c9yh1EnF0FpA-c-uStTPcg
[10] 中智观察：AWS/阿里云纷纷自研，英特尔/英伟达竞相布局，DPU有何魔力？.2021.8.18.https://mp.weixin.qq.com/s/MyqEt_kCSFbdYhvXviyMfA
[11] 国际电子商情：DPU市场，一片混战.2021.12.20.https://mp.weixin.qq.com/s/BPOGI1MpvtnUaauB5L2Tmg
[12] 21ic电子网：80%云服务商面临的“联网危机”，为何必须是FPGA？.2020.3.9.https://www.21ic.com/article/697539.html
[13] 赵广立.计算芯片“新贵”DPU，前路几何[N].中国科学报,2021-11-04(003)
[14] 张心怡.数据中心“第三颗主力芯片”DPU打响卡位战[N].中国电子报,2022-01-18(007)
[15] 老石谈芯：聚光灯下的DPU：如何开启一个时代.2021.11.05.https://mp.weixin.qq.com/s/ObRQDIpFdFtWQQ2EhC06Rg
[16] iTalk沙龙：又是数亿元融资！出道即巅峰的DPU到底是什么？.2021.12.28.https://mp.weixin.qq.com/s/tZZB8TOpzPCom7HIwsNHCg
[17] Socnoc官方网站：https://www.socnoc.ai/
[18] 量子位：英伟达一大波硬件来袭：今日GTC发布专业GPU与DPU，为收购ARM将在英国建超算.2020.10.6.https://mp.weixin.qq.com/s/aQYgo5IWh9Aub5ooGjettg
[19] 知IN：英特尔推出全新的基础设施处理器(IPU).2021.6.15.https://mp.weixin.qq.com/s/7cxb-CyCmSo7Yq9oaOP9fg
[20] 赵广立.计算芯片“新贵”DPU，前路几何[N].中国科学报,2021-11-04(003)
[21] 鄢贵海等.DPU：以数据为中心的专用处理器[J].《中国计算机学会通讯》,2021,17(10)
[22] 赛迪顾问股份有限公司：中国DPU行业发展白皮书.2021.12.9.https://microsite-wx-industries.nvidia.cn/Uploads/20211209/61b1809e68fba.pdf
[23] 中科创星：「大禹智芯」完成数千万元Pre-A轮融资，国内首个25G DPU产品进入商业化｜创星Portfolio.2021.7.9.https://mp.weixin.qq.com/s/sVIsuTHlGMJou26tva4clw
[24] 铅笔道：“大禹智芯”融资数千万 研发国内首个25G DPU产品进入商业化.2021.7.9.https://www.pencilnews.cn/p/39233.html
[25] 许子皓.多家入局路线不一 DPU上演差异化竞争[N].中国电子报,2021-08-13(008)
[26] 大禹智芯：深入浅出看DPU：为什么它是时代之需？.2021.11.22.https://mp.weixin.qq.com/s/1NGM-Ran0NqSQ9GiZO1M4A
[27] 云脉芯联：云网融合“芯”势力，云脉芯联获数亿元天使轮投资.2021.10.22.https://mp.weixin.qq.com/s/rtr_lYLSHIOVBzGwpRDWaw
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