DPU在通信云里的重要角色：中國(guó)聯(lián)通白皮書(shū)解讀

8月24日，中國(guó)聯(lián)通聯(lián)合中興通訊股份有限公司（下文簡(jiǎn)稱“中興通訊”）及深圳云豹智能有限公司（下文簡(jiǎn)稱“云豹智能”）在紫金山實(shí)驗(yàn)室主辦的第七屆未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展大會(huì)上發(fā)布了《中國(guó)聯(lián)通DPU網(wǎng)絡(luò)域場(chǎng)景應(yīng)用白皮書(shū)》，深度解析了DPU在通信云尤其是NFV（Network Function Virtualization， 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）領(lǐng)域的重要角色。

《中國(guó)聯(lián)通DPU網(wǎng)絡(luò)域場(chǎng)景應(yīng)用白皮書(shū)》發(fā)布

目前通信行業(yè)借鑒云計(jì)算的成功經(jīng)驗(yàn)，在5G網(wǎng)絡(luò)中引入了NFV架構(gòu)，將傳統(tǒng)軟硬一體的專(zhuān)用網(wǎng)設(shè)備升級(jí)為基于通用設(shè)備的云計(jì)算資源池，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的快速部署、靈活調(diào)度和資源優(yōu)化。

本白皮書(shū)由運(yùn)營(yíng)商（中國(guó)聯(lián)通）、通信云平臺(tái)（中興通訊）和DPU芯片企業(yè)（云豹智能）聯(lián)合重磅推出，是關(guān)于DPU（ Data Processing Unit， 數(shù)據(jù)處理器）在通信云應(yīng)用的第一篇白皮書(shū)。

DPU作為繼CPU和GPU之后的第三大核心基礎(chǔ)性算力大芯片，之前已有很多解讀文章，不過(guò)大部分集中在公有云場(chǎng)景，譬如CPU算力卸載和降本增效等。

而這篇白皮書(shū)肯定了DPU在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)域NFV體系架構(gòu)中的價(jià)值，闡述了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)域云基礎(chǔ)設(shè)施所面臨的幾個(gè)痛點(diǎn)，在分析了DPU技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也給出了DPU針對(duì)這些痛點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的解決方案以及在幾種典型網(wǎng)絡(luò)域業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的應(yīng)用方案，并著重闡明了DPU作為一種新型計(jì)算技術(shù)在NFV技術(shù)演進(jìn)中的重要作用；白皮書(shū)最后還對(duì)DPU所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展建議進(jìn)行了一些思考和討論。

白皮書(shū)中指出，隨著5G在垂直行業(yè)的應(yīng)用和AI大模型、短視頻等業(yè)務(wù)的發(fā)展以及各種新型通信服務(wù)如VR/AR、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、智能內(nèi)生、安全內(nèi)生等應(yīng)用的崛起，對(duì)算力資源的利用效率和性價(jià)比提出了更高的要求。面對(duì)日益復(fù)雜和多樣化的需求，NFV需要進(jìn)行軟硬件解耦，從而將網(wǎng)絡(luò)功能從專(zhuān)用的硬件設(shè)備中釋放出來(lái)，通過(guò)軟件定義的方式將這些網(wǎng)絡(luò)功能部署在通用的服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，從而實(shí)現(xiàn)更高的靈活性、可擴(kuò)展性和可定制性。

# 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)域NFV面臨的如下問(wèn)題

虛擬化層功能需要占用大量CPU資源，存在資源損耗；

通信場(chǎng)景中的一種主要業(yè)務(wù)是針對(duì)用戶面網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行處理轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)用戶業(yè)務(wù)特征，有高帶寬、低時(shí)延等要求，通常需要硬件加速技術(shù)優(yōu)化轉(zhuǎn)發(fā)性能指標(biāo)，但現(xiàn)有云資源池缺少硬件加速能力；

業(yè)務(wù)應(yīng)用與云資源池基礎(chǔ)設(shè)施之間缺少物理隔離，存在安全隱患；

單一的通用虛擬機(jī)資源池難以滿足各類(lèi)業(yè)務(wù)應(yīng)用的統(tǒng)一建設(shè)和運(yùn)維需求。通信場(chǎng)景業(yè)務(wù)豐富，不但有5GC、IMS等核心網(wǎng)主業(yè)務(wù)能力應(yīng)用，還有IP短信、炫鈴、5G新通信等創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用，各類(lèi)業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)資源的需求、產(chǎn)業(yè)生態(tài)差別大。

DPU依托自身靈活通用可編程、資源管理、算力卸載、網(wǎng)絡(luò)/存儲(chǔ)/安全加速引擎等技術(shù)的能力和特點(diǎn)，對(duì)以上問(wèn)題均提供了有效的解決方案。

DPU通用可編程特性

這篇白皮書(shū)中也指出，縱觀DPU架構(gòu)和技術(shù)發(fā)展歷程，可以明確看到DPU SoC（System-on-Chip）是當(dāng)前國(guó)外頭部云服務(wù)提供商和DPU廠商的主流技術(shù)路線。早在2015年，全球最大的云服務(wù)商AWS（亞馬遜云）收購(gòu)半導(dǎo)體公司Annapurna開(kāi)發(fā)DPU SoC芯片，開(kāi)啟了DPU應(yīng)用的序幕，由于當(dāng)時(shí)商業(yè)市場(chǎng)及其他云服務(wù)商均沒(méi)有成熟的DPU SoC芯片，因此DPU在云廠商的應(yīng)用經(jīng)歷了基于CPU+FPGA的百家齊放階段；現(xiàn)在放眼全球DPU技術(shù)的發(fā)展，可以看到以亞馬遜、Nvidia、Intel和AMD等為代表的頭部企業(yè)都陸續(xù)通過(guò)自研或并購(gòu)的方式在DPU SoC上進(jìn)行研發(fā)投入。

例如，AWS最早研發(fā)DPU SoC芯片，其不僅占據(jù)全球云計(jì)算市場(chǎng)最高份額，而且多年前已最先實(shí)現(xiàn)了DPU SoC（AWS稱之為Nitro）商業(yè)化的成功部署；Intel與Google合作開(kāi)發(fā)Mount Evans系列的DPU SoC；Nvidia于2020年以69億美元成功收購(gòu)業(yè)內(nèi)知名網(wǎng)絡(luò)芯片和設(shè)備公司Mellanox，通過(guò)融合Mellanox的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，快速面向全球數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)推出BlueField系列的DPU SoC；AMD于2022年以19億美金收購(gòu)了DPU SoC廠商Pensando。

全球頭部廠商紛紛布局DPU，代表了DPU已成為其重要戰(zhàn)略部署之一，這也再次印證了DPU已成為業(yè)界三大核心基礎(chǔ)算力芯片的事實(shí)。

雖然目前國(guó)內(nèi)云廠商大部分還是基于CPU+FPGA的DPU解決方案，這些方案在研發(fā)投入上擁有一定的時(shí)間優(yōu)勢(shì)，但因其功耗過(guò)高及性能受到限制，并未達(dá)到新一代云計(jì)算的要求，這一矛盾在網(wǎng)絡(luò)域NFV部署落地中顯得尤為突出。對(duì)于國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，如果業(yè)界有一款商用的有足夠競(jìng)爭(zhēng)力的DPU SoC，其將毫無(wú)疑問(wèn)地從CPU+FPGA的DPU解決方案升級(jí)到DPU SoC方案。

另外，從如何將DPU功能快速引入現(xiàn)有NFV軟件編程框架，如何應(yīng)對(duì)靈活多變的軟件功能迭代需求上講，該白皮書(shū)提到DPU中可編程網(wǎng)絡(luò)處理引擎也面臨著如何持續(xù)演進(jìn)并滿足軟件側(cè)持續(xù)迭代開(kāi)發(fā)帶來(lái)的新需求和新挑戰(zhàn)。而P4作為可編程網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的主流語(yǔ)言，相較于傳統(tǒng)的通過(guò)驅(qū)動(dòng)API暴露硬件能力的方式，P4在語(yǔ)言層面提供更高的靈活性，在全面地暴露所有硬件能力的同時(shí)，還將過(guò)往依賴廠商私有API/SDK暴露硬件能力的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛山K端用戶去定義硬件數(shù)據(jù)面轉(zhuǎn)發(fā)能力，讓用戶真正實(shí)現(xiàn)軟件定義硬件和差異化。

另一方面對(duì)比Verilog/VHDL電路行為級(jí)別的編程語(yǔ)言，或者C/C++等通用計(jì)算編程語(yǔ)言，P4語(yǔ)言對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)提供了更高層次的抽象，大大降低了程序開(kāi)發(fā)的門(mén)檻及復(fù)雜度，也提高了開(kāi)發(fā)效率。因此支持P4可以有效降低DPU的使用門(mén)檻，加速和簡(jiǎn)化DPU在現(xiàn)有編程框架下的快速引入；通過(guò) P4來(lái)支持DPU的靈活可編程成為了業(yè)內(nèi)的趨勢(shì)。

根據(jù)SDNLAB的了解，目前云豹智能是國(guó)內(nèi)唯一一家推出高性能DPU SoC產(chǎn)品的公司，其產(chǎn)品也將是國(guó)內(nèi)第一款通用可編程DPU SoC芯片。其自研的DPU SoC芯片不僅提供高達(dá)400G的數(shù)據(jù)吞吐能力，還搭載性能強(qiáng)勁的CPU處理單元并配合多種可編程的數(shù)據(jù)處理引擎實(shí)現(xiàn)層級(jí)化通用可編程能力，提供完整的P4工具鏈支持，也是國(guó)內(nèi)第一家成功在DPU上落地完整支持P4的DPU廠商。根據(jù)該白皮書(shū)的描述，云豹智能在DPU多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域掌握并引領(lǐng)著多項(xiàng)核心技術(shù)。

本白皮書(shū)是繼中國(guó)移動(dòng)和云豹智能深度合作DPU白皮書(shū)之后，中國(guó)聯(lián)通作為另一支國(guó)家隊(duì)發(fā)布在DPU場(chǎng)景應(yīng)用上的重磅白皮書(shū)；云豹智能也是中國(guó)聯(lián)通邀約參與撰寫(xiě)的唯一一家DPU企業(yè)。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)是DPU應(yīng)用的巨大潛在市場(chǎng)，包括三大運(yùn)營(yíng)商，其每年服務(wù)器增量，保守估計(jì)在二十幾萬(wàn)臺(tái)/年。作為國(guó)家三大運(yùn)營(yíng)商之一，中國(guó)聯(lián)通希望通過(guò)本白皮書(shū)的發(fā)布引起行業(yè)的共同深入思考，為業(yè)界開(kāi)展基于DPU技術(shù)的NFV演進(jìn)提供參考，加速推進(jìn)DPU和通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助力安全、綠色、靈活的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和“萬(wàn)物智聯(lián)”的6G愿景實(shí)現(xiàn)。

可以預(yù)見(jiàn)，隨著運(yùn)營(yíng)商與DPU廠家的深入合作，DPU將會(huì)在NFV架構(gòu)演進(jìn)中發(fā)揮重要的作用，逐步構(gòu)建基于DPU技術(shù)的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)域的新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。