紫金山实验室：未来网络白皮书-SmartNIC&DPU技术白皮书（2022）（147页）.pdf

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1、 I 前 言 长期以来，CPU 和 GPU 是计算的两个主要单元。CPU 用来执行通用计算任务，而 GPU 则帮助 CPU 完成更复杂的任务，例如图形和人工智能计算。然而，随着数据量的增加，计算已经从一般服务器转移到大型数据中心，这催生了数据中心内外高效联网、处理数据、迁移数据和功能卸载的需求。SmartNIC（Smart network interface card）和 DPU（Data processing unit）主要用以快速联网、高效数据处理、加速数据传输，并能实现网络、存储和安全等功能卸载。SmartNIC 和 DPU 能够满足数据中心高效联网，处理和迁移数据以及功能卸载的需求，助

2、力后摩尔定律时代数据中心和网络性能的持续改进，同时对运营商网络智能化转型、东数西算、新一代算力网络构建、云网边端融合具有促进作用。本白皮书介绍 SmartNIC/DPU 的特征和需求、硬件和编程架构、技术和产业发展趋势，提供应用场景和应用案例，介绍相关公司及产品、以及 SmartNIC/DPU 的测试技术，同时提出发展建议，以期促进SmartNIC/DPU 相关产业发展。II 目 录 前 言.I 目 录.II 一、SmartNIC/DPU 简介.1 1.1 SmartNIC/DPU 背景和特征.1 1.2 SmartNIC/DPU 需求和意义.4 1.3 相关产业链现状分析.7 1.4 Sma

3、rtNIC/DPU 发展目标.11 二、SmartNIC/DPU 技术.13 2.1 SmartNIC.13 2.2 DPU.32 2.3 RDMA.44 三、SmartNIC/DPU 技术和产业发展趋势.47 3.1 架构和编程框架趋势.47 3.2 协议接口探索.48 3.3 应用探索.48 3.4 产业发展趋势分析.49 四、SmartNIC/DPU 应用场景与案例.51 4.1 应用场景.51 4.2 应用案例.79 III 五、SmartNIC/DPU 相关公司及产品.97 5.1 部分 SmartNIC 相关公司及产品.97 5.2 部分 DPU 相关公司及产品.107 六、Sma

4、rtNIC/DPU 测试介绍.125 6.1 测评场景介绍.125 6.2 测评技术介绍.126 6.3 测评项目名称列表.129 七、SmartNIC/DPU 行业发展建议.132 7.1 发展面临问题.132 7.2 发展策略建议.134 八、SmartNIC/DPU 未来展望.136 附录 A：术语与缩略语.139 参考文献.140 1 一、一、SmartNIC/DPU 简介简介 1.1 SmartNIC/DPU 背景背景和和特征特征 数据中心自 20 世纪 90 年代诞生以来，凭借其强大的计算和存储能力，不断为云计算、物联网、大数据和人工智能等应用提供动力，已成为数字时代最重要的基础设

5、施之一12。根据 IDC 数据显示，2020-2025 年全球产生或复制数据量以CAGR 23%保持增长，并预计每四个月对算力的需求就会翻一倍3。海量数据增长、数据频繁交互以及各类应用激增带来的巨大流量增长，加速数据中心网络向更高性能和更高灵活性方向演进。数据中心网络打破传统端口速率十倍增长的十年代际演进周期，加速向 100 Gbps、200 Gbps、400 Gbps，甚至 800 Gbps、1.6 Tbps 发展。根据华为预测，未来十年通用算力将增长 10 倍，人工智能算力将增长 500 倍4。然而受限于摩尔定律放缓、量子计算不成熟，CPU 计算能力增速低于网络传输速率的增速，并且差距持续

6、增大，通过 CPU 访问内存、进行数据搬移、计算的开销正变得让人望而却步。根据中科院数据显示，微服务通信开销大约消耗 CPU 性能的 22%80%，且服务 10G 网络通信的协议处理就需要 8 核高端 CPU 一半的算力。因此，迫切需要一种可编程的智能网络适配器来卸载数据中心的网络工作负载，减轻 CPU 处理任务的负担，满足高速数据处理需要，同时降低成本。2 智能网卡应运而生，如图1-1所示，其发展历程可被划分为三个阶段：基础网卡、第一代智能网卡和第二代智能网卡。图 1-1.智能网卡的发展历程5。基础网卡（Network Interface Card，NIC）是将电脑接入局域网的设备，通过网络