中国信息通信研究院云计算与大数据研究所 开放数据中心委员会 2023年1月 !"#$%&'()*!"#""$%& 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院、开放数据中心委 员会，并受法律保护 。转载、摘编或利用其它方式使用本报 告文字或者观点的， 应注明 “来源： 中国信息通信研究院” 。 违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 ! " 在数字经济时代，数据中心是支撑发展的关键基础设施， “网络+ 计算”是推动数据中心规模建设和应用赋能的引擎。DPU （Data Processing Unit ，数 据 处 理 单 元 ） 作为应对数据流量指数级增长而 带来 性能问题的关键技术，将部分计算任务从 CPU转移至 DPU，进而释 放CPU的资源，以进一步提升整体计算效率。 在政策方面，全国一 体化大数据中心、新型数据中心等政策文件的出台及 “东数西算” 工程 的实施，指引 DPU产业高质发展。技术方面， DPU架构不断演进， 成为迈向“ 联接+计算”的关键技术，且软、硬件技术协同发展，全方 位生态能力不断实现。 产业方面，网络、计算、存储、安全等多样化 的场景需求 快速涌现，为 DPU产业发展提供了有效的市场牵引，推 动我国 DPU产业高质发展。未来 DPU技术将不断迭代创新、应用场 景趋于多元，以更好满足行业客户的需求。 本报告从产业政策、产业规模、赋能经济三方面，对算力进行详 细阐述，分析了数字基础设施发展需求。同时，综合考虑 DPU技术 及产业等发展要素，重点对 DPU技术热点及核心价值进行了梳理， 从RDMA高速网络、数据面转发、网络可编程、开放网络及 DPU软 件生态等方面分析了 DPU发展的关键技术，并 从政策驱动、技术创 新、应用场景等方面对 DPU未来发展进行了展望。 报告仍有诸多不足，恳请各界批评指正。 意见建议请联系 dceco @caict.ac.cn # $ 一、 DPU成为算力产业发展新引擎 ......................................................................... 1 （一）政策密集出台，芯片关注度高 ................................................................. 1 （二）规模持续增长，DPU 快速发展 ................................................................ 2 （三）赋能实体经济，DPU 作用凸显 ................................................................ 3 二、 DPU推动算力基础设施新发展 ......................................................................... 5 （一）DPU 助力进入以算力为中心的时代 ........................................................ 5 （二）DPU 促进从云网协同走向算网一体 ........................................................ 8 （三）DPU 是下一代新型算力的重要基础 ........................................................ 9 三、 DPU成为迈向“联接+计算”的关键一步 ........................................................... 9 （一） DPU的技术发展综述 .............................................................................. 9 （二） DPU的核心技术价值 ............................................................................ 13 （三） DPU发展的黄金时代来临 .................................................................... 17 四、 推动 DPU发展的关键技术及因素 .................................................................. 20 （一） RDMA高速网络技术 ............................................................................ 20 （二） 数据面转发技术 ..................................................................................... 26 （三） 网络可编程技术 ..................................................................................... 29 （四） 开放网络及 DPU软件生态 ................................................................... 32 五、 DPU未来发展展望 ........................................................................................... 35 % # $ 图 1 关系示意图 .......................................................................................................... 6 图 2 标准网卡 ............................................................................................................ 10 图 3 智能网卡和 DPU ............................................................................................... 11 图 4 DPU为中心的基础架构 .................................................................................... 12 图 5 通过卸载释放算力演示图 ................................................................................ 14 图 6 传统 TCP/IP协议栈应用到应用的访问流程 .................................................. 20 图 7 RDMA 协议栈应用到应用的访问流程 ............................................................ 21 图 8 DCQCN 拥塞控制算法 ...................................................................................... 23 图 9 TCP传输方式 VS RDMA 传输方式在吞吐以及 CPU利用率的对比分析 .. 24 图 10 GDR without VS GDR 性能对比 .................................................................... 24 图 11 NVMe-OF RDMA vs kernel 性能测试对比 ................................................. 25 图 12 Pipeline 架构下处理流程 ................................................................................. 27 图 13 固化 Pipeline转发流程 ................................................................................... 27 图 14 MATCH-ACTION Pipeline 转发架构 ............................................................. 28 图 15 DPU控制平面 ...............................................................................................