DPU 技术发展概况系列（四）DPU发展历程

随着云平台虚拟化技术的发展，智能网卡的发展基本可以分为三个阶段（如下图所示）：

 

图  智能网卡发展的三个阶段

第一阶段：基础功能网卡

基础功能网卡（即普通网卡）提供2x10G或2x25G带宽吞吐，具有较少的硬件卸载能力，主要是Checksum，LRO/LSO等，支持SR-IOV，以及有限的多队列能力。在云平台虚拟化网络中，基础功能网卡向虚拟机（VM）提供网络接入的方式主要是有三种：由操作系统内核驱动接管网卡并向虚拟机（VM）分发网络流量；由OVS-DPDK接管网卡并向虚拟机（VM）分发网络流量；以及高性能场景下通过SR-IOV的方式向虚拟机（VM）提供网络接入能力。

第二阶段：硬件卸载网卡

可以认为是第一代智能网卡，具有丰富的硬件卸载能力，比较典型的有OVS Fastpath硬件卸载，基于RoCEv1和RoCEv2的RDMA网络硬件卸载，融合网络中无损网络能力（PFC，ECN，ETS等）的硬件卸载，存储领域NVMe-oF的硬件卸载，以及安全传输的数据面卸载等。这个时期的智能网卡以数据平面的卸载为主。

第三阶段：DPU智能网卡

可以认为是第二代智能网卡，在第一代智能网卡基础上加入CPU，可以用来卸载控制平面的任务和一些灵活复杂的数据平面任务。目前DPU智能网卡的特点首先是支持PCIe Root Complex模式和Endpoint模式，在配置为PCIe Root Complex模式时，可以实现NVMe存储控制器，与NVMe SSD磁盘一起构建存储服务器；另外，由于大规模的数据中心网络的需要，对无损网络的要求更加严格，需要解决数据中心网络中Incast流量、“大象”流等带来的网络拥塞和时延问题，各大公有云厂商纷纷提出自己的应对方法，比如阿里云的高精度拥塞控制（HPCC，High Precision Congestion Control），AWS的可扩展可靠数据报（SRD，Scalable Reliable Datagram）等。DPU智能网卡在解决这类问题时将会引入更为先进的方法，如Fungible的TrueFabric，就是在DPU智能网卡上的新式解决方案。还有，业界提出了Hypervisor中的网络，存储和安全全栈卸载的发展方向，以Intel为代表提出了IPU，将基础设施的功能全部卸载到智能网卡中，可以全面释放之前用于Hypervisor管理的CPU算力。

未来的DPU智能网卡硬件形态

随着越来越多的功能加入到智能网卡中，其功率将很难限制在75W之内，这样就需要独立的供电系统。所以，未来的智能网卡形态可能有三种形态：

（1）独立供电的智能网卡，需要考虑网卡状态与计算服务之间低层信号识别，在计算系统启动的过程中或者启动之后，智能网卡是否已经是进入服务状态，这些都需要探索和解决。

（2）没有PCIe接口的DPU智能网卡，可以组成DPU资源池，专门负责网络功能，例如负载均衡，访问控制，防火墙设备等。管理软件可以直接通过智能网卡管理接口定义对应的网络功能，并作为虚拟化网络功能集群提供对应网络能力，无需PCIe接口。

（3）多PCIe接口，多网口的DPU芯片。例如Fungible F1芯片，支持16个双模PCIe控制器，可以配置为Root Complex模式或Endpoint模式，以及8x100G网络接口。通过PCIe Gen3 x8接口可以支撑8个Dual-Socket计算服务器，网络侧提供8x100G带宽的网口。

图 未来智能网卡的硬件形态

DPU作为一种新型的专用处理器，随着需求侧的变化，必将在未来计算系统中成为一个重要组成部分，对于支撑下一代数据中心起到至关重要的作用。

来源：专用数据处理器（DPU）技术白皮书，中国科学院计算技术研究所，鄢贵海等

全文下载：https://www.yusur.tech/zkls/zkys/dpu_whitepaper.html