2023年中国联通DPU网络域场景应用白皮书-中国联通_52页_2mb

中国联通DPU网络域场景应用白皮书总结

背景
NFV技术已在5G网络建设中广泛应用，网络域云基础设施需应对规模商用和6G带来的新型需求。传统CPU架构面临性能瓶颈，无法满足高带宽、低时延和多样化业务对资源的高要求。DPU作为新兴计算技术，通过硬件加速和灵活编程，为网络域云基础设施优化提供新思路，助力实现绿色、安全、高效的网络演进。

DPU技术分析
DPU从传统网卡逐步演进，具备三个核心阶段：NIC（基础网卡）、SmartNIC（智能网卡）和DPU卡（综合功能处理器）。其技术特性包括：

1. 灵活可编程：支持控制面和数据面功能卸载，提供通用、网络及专用编程能力，满足多场景需求。
2. 统一资源管控：实现计算、网络、存储资源的一体化管理，优化部署复杂度与维护成本。
3. 算力卸载：通过硬件加速引擎降低CPU负载，提升转发性能与存储效率。
4. 低时延网络：结合Pipeline等技术缩短数据处理路径，支持RDMA和RoCEv2加速，降低传输时延。
5. 安全可信：提供物理隔离、信任根安全启动、分布式防火墙及加解密能力，强化云平台安全防护。

网络域面临的挑战

1. 资源统一管控需求：传统资源管理存在差异性，需支持虚机、容器和裸金属统一调度。
2. 通用算力损耗问题：虚拟化层占用10%-30%CPU资源，限制业务性能和资源利用率。
3. 转发性能瓶颈：传统架构难以满足高带宽场景下的线速转发需求，尤其在边缘计算中存在高时延问题。
4. 潜在安全风险：裸金属与虚拟化环境存在安全隐患，需提升隔离能力和防护机制。
5. 绿色节能压力：随着算力需求激增，数据中心能耗亟需优化，推动节能减排技术落地。

DPU应用解决方案

1. 虚层卸载的虚机方案：将Hypervisor及虚拟化功能卸载至DPU，减少CPU资源消耗，提升安全性与资源利用率，支持多样化的云资源管理。
2. 云化裸金属方案：通过DPU实现存储、网络和计算功能卸载，满足高IO业务需求，同时增强安全隔离和弹性部署能力，适配边缘计算场景。
3. 扩展应用方案：
   • 控制节点下沉：利用DPU承载管理功能，提升超融合架构的可靠性，降低管理开销。
   • 边缘盒式一体机：集成DPU与边缘计算设备，支持UPF、SD-WAN等应用，提供高带宽和低时延服务。
   • 网内计算：在通信设备中嵌入DPU，实现AI推理、CDN等业务的本地化处理，降低传输依赖。

挑战与建议

• 架构演进：需推动NFV体系与DPU兼容，实现三层解耦（硬件、虚拟化、业务层），减少资源损耗。
• 标准化建设：亟需统一DPU与服务器、云资源池的接口规范，降低适配成本，促进生态兼容性。
• 软件生态完善：构建开放软件开发框架，支持通用编程语言和硬件加速能力，提升用户开发效率。
• 产业协同发展：联合产业链上下游推进DPU标准化和规模化应用，探索高价值场景，加速技术落地。

总结与展望
DPU作为“数据中心第三颗主力芯片”，在5G和6G演进中展现了重要价值，尤其在资源优化、安全强化和算力提升方面表现突出。未来需深化其在异构计算、边缘智能和网络切片等领域的应用，推动算网融合基础设施发展，助力实现万物互联和低碳化目标。中国联通将发挥引领作用，联合行业共同推进技术标准化和生态培育，为数字经济发展提供支撑。

关键缩略语
DPU（数据中心处理单元）、NFV（网络功能虚拟化）、SDN（软件定义网络）、GPU（图像处理器）、ASIC（专用集成电路）、IaaS（基础设施即服务）、vSwitch（虚拟交换机）、RoCE（以太网远程直接内存访问）、KVM（基于内核的虚拟机）、TLS（传输层安全协议）、VxLAN（可扩展虚拟局域网）、VTEP（虚拟隧道终结点）、iSCSI（互联网小型计算机系统接口）、MCU（微控制器单元）、MEC（多接入边缘计算）、RISC-V（精简指令集架构）、DOCA（数据中心芯片架构平台）、OPI（开放可编程基础设施）。