著AI、5G和云計(jì)算技術(shù)逐漸火爆全球，數(shù)據(jù)中心作為承載和支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要載體，正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。今天我們先來(lái)了解作為數(shù)據(jù)中心未來(lái)計(jì)算的三大支柱（CPU、DPU和GPU）的演進(jìn)歷程和三者之間的協(xié)作關(guān)系。

1. CPU

CPU的全稱(chēng)是 Central Processing Unit（中央處理器），在三大支柱中是發(fā)展最早的，主要包括運(yùn)算器（ALU, Arithmetic and Logic Unit）和控制單元（CU, Control Unit），寄存器（Register）、高速緩存器（Cache）和它們之間通訊的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線。CPU遵循的是馮諾依曼架構(gòu)，即存儲(chǔ)程序、順序執(zhí)行。

一條指令在CPU中執(zhí)行的過(guò)程是：讀取到指令后，通過(guò)指令總線送到控制器中進(jìn)行譯碼，并發(fā)出相應(yīng)的操作控制信號(hào)。然后運(yùn)算器按照操作指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線將得到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩存器。

因此，CPU需要大量的空間去放置存儲(chǔ)單元和控制邏輯，相比之下計(jì)算能力只占據(jù)了很小的一部分，所以CPU更擅長(zhǎng)邏輯控制，而非大規(guī)模并行計(jì)算能力。

2.GPU

GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器）的誕生是為了解決CPU在大規(guī)模并行運(yùn)算中受到的速度限制。正如圖像處理器名稱(chēng)一樣，GPU更善于處理圖像領(lǐng)域的運(yùn)算加速，最初是用在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行繪圖運(yùn)算工作的微處理器。

那么為什么GPU特別擅長(zhǎng)處理圖像數(shù)據(jù)呢？

這是因?yàn)樵趫D像上的每一個(gè)像素點(diǎn)都有被處理的需要，而且每個(gè)像素點(diǎn)處理的過(guò)程和方式都十分相似，因此可以并行計(jì)算，所以GPU在圖像處理方面的能力就非常強(qiáng)。但是GPU無(wú)法單獨(dú)工作，必須由CPU進(jìn)行控制調(diào)用才能工作。也就是說(shuō)CPU可單獨(dú)作用，處理復(fù)雜的邏輯運(yùn)算和不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，但當(dāng)需要大量的處理類(lèi)型統(tǒng)一的數(shù)據(jù)時(shí)，則可調(diào)用GPU進(jìn)行并行計(jì)算。

3.DPU

DPU，全名Data Processing Units（數(shù)據(jù)處理單元），DPU主要承擔(dān)起安全、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和AI等業(yè)務(wù)的加速處理，旨在降低CPU的利用率，滿足網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用計(jì)算需求，尤其適用于服務(wù)器量多、對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求嚴(yán)苛的場(chǎng)景。

回顧數(shù)據(jù)中心架構(gòu)發(fā)展歷程，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)是以CPU為中心的架構(gòu)，這代表著數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的運(yùn)行能夠消耗20%-30%的CPU核，這在數(shù)據(jù)中心龐大的數(shù)據(jù)處理任務(wù)中是一個(gè)非常嚴(yán)重的絆腳石存在。而DPU為中心的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)是指以數(shù)據(jù)為中心的市場(chǎng)發(fā)展和應(yīng)用需求，也可以說(shuō)新的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)是指數(shù)據(jù)在哪計(jì)算就在哪。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)相比，以數(shù)據(jù)為中心的新架構(gòu)在解決網(wǎng)絡(luò)傳輸中的瓶頸問(wèn)題或者丟包問(wèn)題時(shí)，典型通信延時(shí)可以從30-40微秒降低到3-4微秒，有10倍的性能提升。

特別是去年4月，英偉達(dá)宣布完成對(duì)以色列網(wǎng)絡(luò)芯片商Mellanox高達(dá)69億美元的收購(gòu)交易，將DPU芯片推至半導(dǎo)體領(lǐng)域的焦點(diǎn)。而今年的四月，英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛在 GTC 21 上又宣布英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心芯片戰(zhàn)略升級(jí)為 GPU+CPU+DPU。與此同時(shí)，英特爾、中科奴數(shù)、Marvell等國(guó)內(nèi)外芯片廠家也都陸續(xù)推出自己的DPU產(chǎn)品。

一時(shí)間，DPU產(chǎn)品的研發(fā)成為全球半導(dǎo)體領(lǐng)域炙手可熱的焦點(diǎn)。

現(xiàn)如今數(shù)據(jù)中心倡導(dǎo)以資源池的形式來(lái)做，各類(lèi)資源分別管理、擴(kuò)容，而DPU宛如一個(gè)連接樞紐，可以起到中心調(diào)度管理的作用，一端連接各種CPU、GPU、SSD、FPGA加速卡等本地資源，一端連接交換機(jī)/路由器等網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)然，DPU 的出現(xiàn)并非要替代 CPU 和 GPU，而是更好地滿足數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的需求。三者協(xié)作，才是未來(lái)數(shù)據(jù)中心計(jì)算領(lǐng)域的前沿發(fā)展趨勢(shì)。

光潤(rùn)通科技作為全球網(wǎng)卡領(lǐng)域產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)模領(lǐng)先的高新技術(shù)企業(yè)，在網(wǎng)卡應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)上占據(jù)著非常重要的影響地位。15年來(lái)，光潤(rùn)通科技堅(jiān)持以市場(chǎng)需求為根本，以未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，不斷引領(lǐng)網(wǎng)卡行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)，光潤(rùn)通科技也將在基于GPU、DPU等芯片基礎(chǔ)上，研發(fā)出更適應(yīng)未來(lái)數(shù)據(jù)中心計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的服務(wù)器網(wǎng)卡。

蓄勢(shì)待發(fā)，砥礪前行，光潤(rùn)通科技，未來(lái)可期！