DPU发展分析报告2022年
中国信息通信研究院云计算与大数据研究所 开放数据中心委员会 2023年1月 !"#$%&'()*!"#""$%& 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院、开放数据中心委员会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 ! "在数字经济时代，数据中心是支撑发展的关键基础设施，“网络+计算”是推动数据中心规模建设和应用赋能的引擎。DPU（Data Processing Unit，数 据 处 理 单 元 ）作为应对数据流量指数级增长而带来性能问题的关键技术，将部分计算任务从CPU转移至DPU， 进而释放CPU的资源，以进一步提升整体计算效率。在政策方面，全国一体化大数据中心、新型数据中心等政策文件的出台及“东数西算”工程的实施，指引DPU产业高质发展。技术方面，DPU架构不断演进，成为迈向“联接+计算”的关键技术，且软、硬件技术协同发展，全方位生态能力不断实现。产业方面，网络、计算、存储、安全等多样化的场景需求快速涌现，为DPU产业发展提供了有效的市场牵引，推动我国DPU产业高质发展。未来DPU技术将不断迭代创新、应用场景趋于多元，以更好满足行业客户的需求。本报告从产业政策、产业规模、赋能经济三方面，对算力进行详细阐述，分析了数字基础设施发展需求。同时，综合考虑DPU技术及产业等发展要素，重点对DPU技术热点及核心价值进行了梳理，从RDMA高速网络、数据面转发、网络可编程、开放网络及DPU软件生态等方面分析了DPU发展的关键技术，并从政策驱动、技术创新、应用场景等方面对DPU未来发展进行了展望。 报告仍有诸多不足，恳请各界批评指正。意见建议请联系dceco@caict.ac.cn # $ 一、 DPU成为算力产业发展新引擎 ......................................................................... 1 （一）政策密集出台，芯片关注度高 ................................................................. 1 （二）规模持续增长，DPU快速发展 ................................................................ 2 （三）赋能实体经济，DPU作用凸显 ................................................................ 3 二、 DPU推动算力基础设施新发展 ......................................................................... 5 （一）DPU助力进入以算力为中心的时代 ........................................................ 5 （二）DPU促进从云网协同走向算网一体 ........................................................ 8 （三）DPU是下一代新型算力的重要基础 ........................................................ 9 三、 DPU成为迈向“联接+计算”的关键一步 ........................................................... 9 （一） DPU的技术发展综述 .............................................................................. 9 （二） DPU的核心技术价值 ............................................................................ 13 （三） DPU发展的黄金时代来临 .................................................................... 17 四、 推动DPU发展的关键技术及因素 .................................................................. 20 （一） RDMA高速网络技术 ............................................................................ 20 （二） 数据面转发技术 ..................................................................................... 26 （三） 网络可编程技术 ..................................................................................... 29 （四） 开放网络及DPU软件生态 ................................................................... 32 五、 DPU未来发展展望 ........................................................................................... 35 % # $ 图 1 关系示意图 .......................................................................................................... 6 图 2 标准网卡 ............................................................................................................ 10 图 3 智能网卡和DPU ............................................................................................... 11 图 4 DPU为中心的基础架构 .................................................................................... 12 图 5 通过卸载释放算力演示图 ................................................................................ 14 图 6 传统TCP/IP协议栈应用到应用的访问流程 .................................................. 20 图 7 RDMA协议栈应用到应用的访问流程 ............................................................ 21 图 8 DCQCN拥塞控制算法 ...................................................................................... 23 图 9 TCP传输方式VS RDMA传输方式在吞吐以及CPU利用率的对比分析 .. 24 图 10 GDR without VS GDR性能对比 .................................................................... 24 图 11 NVMe-OF RDMA vs kernel性能测试对比 ................................................. 25 图 12 Pipeline架构下处理流程 ................................................................................. 27 图 13 固化Pipeline转发流程 ................................................................................... 27 图 14 MATCH-ACTION Pipeline转发架构 ............................................................. 28 图 15 DPU控制平面 .................................................................................................. 30 图 16 开放可编程基础设施 ...................................................................................... 33 图 17 端网融合的开放网络基础设施软件生态——SONiC .................................. 34 DPU发展分析报告（2022年） 1 &'DPU()*+,-./012 （一）政策密集出台，芯片关注度高 !"#$%&'()!*+,-./01(&2345678019:;<&=<"#9>?@ABC算力基础设施是实现算力供给的载体，是衡量国家信息化发展程度的重要标志。美国、欧洲及日本等世界主要国家和地区强化政策引领，推动算力基础设施建设。美国于2015年启动了“国家战略计算计划”，该计划的主要目标是在2025年以前，建造世界上速度最快的高性能计算机。2019年11月，美国白宫科学技术政策办公室对这一计划进行了更新，发布了《国家战略性计算计划（更新版）：引领未来计算》，与2016年版本相比，新版计划不仅关注技术突破，同时更加侧重于算力生态的构建，包括开拓数字世界与非数字世界间的新领域、推进计算基础设施和生态系统的发展以及建立并扩大合作伙伴关系等。英国政府借鉴美国的经验和做法，积极鼓励发展数据中心业务，多家大型互联网企业纷纷在英国建设数据中心。2020年欧盟对“欧洲高性能计算共同计划”进行了升级，重点发展下一代超级计算，强化欧洲数字主权。日本具有发达的半导体产业基础，但国内能源、资源匮乏，亟需强化数字技术应用，提升生产力，2022年日本发布《2022年先进数字技术制度政策动向调查报告》，该报告对日本、欧美及中国政府数字技术制度和政策动向进行了全面调查解析，以此推动日本国内人工智能、物联网、区块链及量子计算机的发展。 DEFGHIJK'(LMNOAB&P Q " R S T U V . L W DPU发展分析报告（2022年） 2 XY&Z[\F]^_&`aLMNOWNC党中央十九次代表大会中进一步提出“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，在中高端消费、创新引领、绿色低碳、共享经济、现代供应链、人力资本服务等领域培育新增长点、形成新动能”。2020年4月20日，国家发改委对“新基建” 概念作出正式解释，细化新一代信息技术引领的新型基础设施建设的具体内容。在新基建的重点方向中，信息领域基础设施建设是基础，将为各行业数字化转型和
