专用数据处理器DPU技术白皮书

DPU(Data Processing Unit)是新近发展起来的一种专用处理器。2020年 NVIDIA公司发布的DPU产品战略中将其定位为数据中心继CPU和GPU之后的 “第三颗主力芯片”，掀起了一波行业热潮。DPU的出现是异构计算的一个阶 段性标志。与GPU的发展类似，DPU是应用驱动的体系结构设计的又一典型案 例;但与GPU不同的是，DPU面向的应用更加底层，类型也更多样。DPU要解 决的核心问题是基础设施的“降本增效”，即将“CPU处理效率低下、GPU处 理不了”的负载卸载到专用DPU，提升整个计算系统的效率、降低整体系统的 总体拥有成本(TCO)。新一代的DPU不仅可以作为运算的加速引擎，还具备 控制平面的功能，能够运行Hypervisor，更高效的完成网络虚拟化、IO虚拟化、 存储虚拟化等任务，彻底将CPU的算力释放给应用程序。DPU的出现也许是体 系结构朝着专用化路线发展的又一个里程碑。

本白皮书将重点分析DPU产生的背景、技术特征、软硬件参考架构，应用 场景、并对目前已经公布的DPU产品做简要的比较分析，为后续DPU技术发展 提供必要的参考。本文的大体结构如下:

第一部分介绍DPU的技术发展概况，首先对DPU做了一个基本的定义，然 后阐述了DPU发展的背景，并简要介绍DPU发展的历程，DPU在现有计算生态 中的角色，最后以DPU的产业化机遇作为总结。

第二部分详细说明DPU的特征结构，对DPU的定位做了进一步阐述，然后 提出一种通用的DPU的结构模型。

第三部分介绍DPU的应用场景，本文总结了三大应用场景:网络功能卸 载、存储功能卸载、安全功能卸载，这也是DPU目前最重要的三个应用方向。

第四部分提出DPU开发的五层参考模型，包括设备层、操作层、计算引擎 层、应用服务层和业务开发层，既体现了DPU开发过程中的软硬协同，也充分 继承了通用软件栈的分层结构。

第五部分概要介绍目前行业的已经发布或已经披露的DPU产品，虽然其中 绝大部分尚未到批量应用的阶段，各个竞品的优缺点也尚未得到市场的充分验 证，但是对于后续DPU研发具有重要的参考价值。

第六部分展望未来DPU发展，并作为全文的总结。