云计算通用可编程DPU发展白皮书（2023）-中国移动_64页_2mb

报告摘要

云计算通用可编程DPU发展白皮书（2023年）总结

本白皮书系统分析了通用可编程DPU在数据中心网络中的发展意义、技术特性与应用价值，提出其作为新型算力基础设施核心组件，将重构数据中心架构并推动算网融合。以下是核心内容提炼：

行业背景

随着数字经济的发展，算力成为核心生产力，传统以CPU为中心的架构难以满足快速增长的算力需求。DPU（Data Processing Unit）作为继CPU、GPU后的“第三颗主力芯片”，通过硬件加速网络、存储、安全和管控等基础设施功能，释放CPU/GPU算力，支撑更高效的数据中心运行。

发展历程

网卡技术经历了三阶段演进：

传统NIC：仅支持基础网络传输，缺乏硬件卸载能力。
SmartNIC：具备数据平面加速能力，但仍需主机CPU管理控制面。
DPU：融合通用CPU与硬件加速单元，实现控制面与数据面的全卸载，并支持编程扩展，成为新一代数据中心核心。

行业现状

海外：AWS、Nvidia、Intel等公司已布局DPU市场，如AWS Nitro DPU实现资源高效利用，Nvidia BlueField系列支持400Gbps网络连接，Intel IPU结合FPGA与ASIC技术，提升性能与灵活性。
国内：中国移动推出HyperCard DPU，通过硬件加速实现虚拟IO“零”损耗；阿里云发布CIPU，支持全硬件卸载与RDMA；云豹智能研发国内首颗通用可编程DPU SoC，提供网络、存储、安全功能加速及统一管控能力。

核心特性

层级化可编程：
- 层级1（通用可编程）：基于标准Linux系统，支持传统控制面应用迁移，提供灵活的API接口。
- 层级2（嵌入引擎可编程）：结合C/P4/汇编语言，支持动态业务加速，平衡灵活性与性能。
- 层级3（领域可编程）：采用ASIC流水线架构，实现特定场景极致性能，如隧道协议处理、流表规则配置等。
低时延网络：
- 通过RDMA、RoCEv2等技术减少数据拷贝与内核交互，实现硬件级加速。
- 支持PFC+ECN等拥塞控制算法，优化数据传输效率。
统一资源管控：
- 集成计算、网络、存储资源管理，支持虚拟机、容器、裸金属统一调度。
- 降低运维复杂度，提升资源利用率与安全性。
持续发展加速卸载：
- 支持新兴场景如AI训练、ServiceMesh、分布式数据库等的硬件加速。

关键应用场景

云计算卸载：
- 网络功能卸载：通过DPU实现OVS虚拟交换机全卸载，降低CPU开销。
- 存储功能卸载：支持NVMe-oF、RDMA协议，提供虚拟存储接口（virtio-blk/NVMe）并加速数据传输。
- ServiceMesh卸载：利用DPU的通用编程能力，实现安全策略下发与流量控制。
5G/UPF加速：
- 通过DPU卸载UPF用户面功能，保障QoS与低时延，同时支持自动化管控。
零信任安全：
- 通过可编程防火墙、数据加密传输（如IPSec、TLS）、安全启动（基于信任根）与存储加密，构建多层次安全防护体系。