【中国联通】2023年DPU网络域场景应用白皮书

报告摘要

中国联通 DPU 网络域场景应用白皮书总结

核心内容

中国联通发布的《DPU 网络域场景应用白皮书》主要围绕 DPU 技术在网络域云基础设施中的应用展开，重点分析了 DPU 在网络、存储、安全、算力卸载和资源统一管控等方面的技术优势和实际应用价值。文档指出，随着 5G 和 6G 的发展，网络业务对算力、转发性能、安全性和绿色节能提出了更高要求，传统 CPU 架构难以满足这些需求，而 DPU 作为新型计算技术，为 NFV 的演进提供了新的方向。

主要观点

DPU 技术优势
DPU 是一种新型的 IO 密集型专用处理器，具备灵活可编程、统一资源管控、算力卸载、低时延网络处理和安全可信等特性。它能够实现对网络、存储、安全和管理功能的卸载，提高数据中心的性能和资源利用率，同时降低能耗，推动绿色节能。
DPU 在网络域的应用
- 虚拟层卸载的虚机方案：DPU 可将虚拟化层（Hypervisor、OVS + DPDK）卸载，降低 CPU 资源消耗，提升系统安全性与资源利用率。
- 云化裸金属方案：DPU 可实现裸金属的云化管理，通过硬件卸载实现资源的灵活调整与统一管理，支持裸金属与虚机并池管理。
- 控制节点下沉：DPU 可承载云平台管理功能，减少管理服务器数量，提升数据中心的算力密度与可靠性。
- 边缘盒式一体机：DPU 能够集成 UPF、SD-WAN 等功能，实现边缘计算场景下的高效数据处理与低时延传输。
- 网内计算：DPU 能够集成在通信设备中，实现网络内部计算与存储功能，支持 CDN、NAS、AI 推理等边缘业务。
网络域云基础设施面临的问题
- 资源统一管控需求：传统网络架构下，资源管理复杂，无法统一调度裸金属、虚机和容器。
- 通用算力损耗问题：传统架构下，虚拟化层消耗大量 CPU 资源，影响业务性能。
- 转发性能问题：随着网络带宽和数据流量的增长，传统 CPU 转发能力难以满足需求。
- 潜在安全风险：裸金属和虚拟化场景下存在安全威胁扩散的风险。
- 绿色节能要求：数据中心能耗问题日益突出，需要引入更高效的计算架构。

关键信息

DPU 的定义：DPU 是一种结合了 SoC、CPU 和可编程硬件的新型计算单元，能够实现网络、存储、安全、管理等基础设施功能的卸载。
DPU 的发展：DPU 从传统 NIC、SmartNIC 发展而来，逐步具备控制面与数据面的可编程能力。
DPU 的应用方案：
- 虚拟机场景：DPU 卸载虚拟化层，实现资源利用率提升、转发性能增强、系统安全性提高。
- 裸金属场景：DPU 实现存储协议终结，提升安全性与资源灵活性。
- 控制节点下沉：DPU 承载管理功能，提升数据中心的算力密度与可靠性。
- 边缘盒式一体机：DPU 集成多种功能，支持边缘计算与 SD-WAN 场景。
- 网内计算：DPU 承载计算、存储和转发功能，实现网络内部的分布式计算能力。
DPU 的技术特性
- 灵活可编程：DPU 提供通用、网络和专用可编程能力，满足多样化业务需求。
- 统一资源管控：DPU 实现计算、网络、存储资源的统一管理，提升运维效率。
- 算力卸载：DPU 卸载网络、存储、安全等基础设施功能，释放 CPU 算力。
- 低时延网络：DPU 提供硬件加速，降低转发和处理时延，提升网络性能。
- 安全可信：DPU 提供物理隔离、安全启动、数据加密和分布式防火墙等功能，保障系统安全。

挑战与建议

DPU 引入的挑战
- 架构演进：需要推动 NFV 体系与 DPU 技术的融合，实现三层解耦的落地。
- 标准化建设：DPU 软硬件接口、API 标准不统一，增加移植和适配难度。
- 生态建设：目前 DPU 软件生态尚不成熟，缺乏统一的 SDK 和运行时环境，影响应用开发效率。
建议
- 推动 DPU 与 NFV 体系的深度融合，实现三层解耦架构的实践。
- 建立 DPU 的统一标准，包括硬件接口、管理控制、API 等，提升产业兼容性。
- 完善 DPU 软件开发框架，支持多种编程语言和开发工具链，推动其在数据中心的广泛应用。
- 加速 DPU 的产业生态发展，鼓励产学研用协同创新，探索高价值应用场景。