繼AI芯片后，DPU(數(shù)據(jù)處理器)成半導(dǎo)體的新熱點。

全球芯片巨頭英偉達(dá)、英特爾先后下場，國內(nèi)涌現(xiàn)了中科馭數(shù)、云豹智能、大禹智芯、云脈芯聯(lián)、星云智聯(lián)、邊緣智芯等一系列創(chuàng)業(yè)公司，下游云計算龍頭AWS、阿里云等廠商也早已布局······DPU行業(yè)迎來百家爭鳴時期。

12月21日，中科馭數(shù)宣布完成數(shù)億元規(guī)模A+輪融資，由麥星投資和昆侖資本聯(lián)合領(lǐng)投。這是繼7月底完成A輪融資之后，該公司今年獲得的第二筆數(shù)億元融資;5月成立的云脈芯聯(lián)10月獲得IDG、字節(jié)跳動和壁仞科技的投資。

DPU也在攪動著二級市場。21日，在左江科技回復(fù)投資者稱，公司自研可編程網(wǎng)絡(luò)安全處理芯片在功能定義和架構(gòu)設(shè)計上已具備DPU相關(guān)特性要求后，股價連漲三天。

在這一全新賽場上，國產(chǎn)DPU廠商有多大機會?誰能脫穎而出?

下一個黃金賽道?

在數(shù)據(jù)中心時代，CPU一家獨大的局面將一去不復(fù)返。

DPU被視為僅次于CPU、GPU的第三顆大芯片，負(fù)責(zé)處理“CPU做不好，GPU做不了”的數(shù)據(jù)任務(wù)。在英偉達(dá)等廠商的環(huán)伺下，英特爾在數(shù)據(jù)中心的市場將不斷被蠶食。

DPU的概念最早由硅谷創(chuàng)業(yè)公司Fungible提出，在英偉達(dá)收購網(wǎng)絡(luò)解決方案廠商Mellanox并重新包裝定義DPU后，這一概念一炮而紅。目前，該市場仍處于發(fā)展初期，各廠商定義有所不同。主流的DPU定義由NVIDIA提出，即DPU是集數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)于芯片的通用處理器。

賽迪顧問發(fā)布的《2021中國DPU行業(yè)發(fā)展白皮書》將DPU方案分為三種：一是以通用眾核處理器為基礎(chǔ)，以多核ARM為核心，以眾取勝，可編程靈活性較好，但是應(yīng)用針對性不夠，對于特殊算法和應(yīng)用的支持與通用CPU相比并無太顯著優(yōu)勢;二是以專用核為基礎(chǔ)的異構(gòu)核陣列，針對性較強、性能較好，但是犧牲了部分靈活性;第三種路線結(jié)合了前二者優(yōu)勢，即將通用處理器的可編程靈活性與專用的加速引擎相結(jié)合，正在成為最新的產(chǎn)品趨勢。

由于目前DPU的概念和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，各家從自身優(yōu)勢出發(fā)輸出相應(yīng)的解決方案，形成百家爭鳴的競爭格局。

一方面，英偉達(dá)、英特爾、Marvell、博通等全球芯片龍頭積極布局，設(shè)立自己的標(biāo)準(zhǔn);另一方面，眾多創(chuàng)業(yè)公司加入這一藍(lán)海。與此同時，包括AWS、阿里云等各大云服務(wù)廠商都在布局自己的數(shù)據(jù)處理器。

據(jù)第一財經(jīng)了解，全球最大云服務(wù)廠商AWS采用的是以Arm核為主的方案。2015年，AWS收購了Annapurna Labs，后者是為超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和邊緣計算設(shè)計基于Arm架構(gòu)芯片的廠商;2017年，AWS正式推出Nitro，將網(wǎng)絡(luò)、存儲和安全任務(wù)卸載到基于Arm架構(gòu)的專用設(shè)備上。

而阿里云提出的X-Dragon系統(tǒng)架構(gòu)核心MOC卡采用的則是FPGA+CPU的形式。有業(yè)內(nèi)人士表示，微軟早期采用的是純FPGA的方案，目前也在往FPGA+CPU方向轉(zhuǎn)。

除了自研，云廠商也通過投資等方式尋找合適的解決方案。例如，騰訊投資云豹智能，字節(jié)跳動投資云脈芯聯(lián)。

大禹智芯CEO李爽告訴第一財經(jīng)，目前DPU主流的市場方案包括以Arm核為主的架構(gòu)、FPGA+CPU架構(gòu)，以及SoC架構(gòu)，前兩者已經(jīng)在云計算廠商得到批量部署，整體SoC方案則是今后的趨勢，“我們自己的產(chǎn)品路線也按照這個來。FPGA+CPU的方案與第一代Arm核為主相比，接口的豐富度和處理性能要好很多，但是FPGA的功耗較大、價格較高。與此同時，我們的SoC項目已經(jīng)啟動。”

頭豹研究院預(yù)測，2025年全球DPU市場規(guī)模將達(dá)到135.7億美元，中國DPU市場規(guī)模將達(dá)到37.4億美元。

賽迪顧問的數(shù)據(jù)更樂觀。該機構(gòu)預(yù)計，全球DPU市場將在2023-2024年迎來爆發(fā)式增長，中國早于全球市場，于2022-2023年就將迎來爆發(fā)式增長。預(yù)計到2025年，全球DPU產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將超過245.3億美元，中國DPU產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將超過565.9億元。

有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，DPU數(shù)量會和服務(wù)器數(shù)量一個級別，每臺服務(wù)器都需要1個甚至多個DPU產(chǎn)品。

DPU的產(chǎn)生源自應(yīng)用驅(qū)動。摩爾定律放緩使得通用CPU性能增長的邊際成本迅速上升。中科馭數(shù)CEO鄢貴海表示，2010年前，網(wǎng)絡(luò)的帶寬年化增長大約30%，近年達(dá)到45%;而CPU的性能增長從10年前的23%，到近年降低至3%。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬增速和CPU性能增速的比例達(dá)到10倍的情形下，CPU幾乎已經(jīng)無法直接應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的增速。

“這個時代的核心變化是CPU性能增加趕不上數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度。2018年前，我如果買一個24核的CPU，有2個核處理流量，還有22個核可以處理上層應(yīng)用;2018年后流量快速增加，需要16核處理流量，處理其他任務(wù)的只有8個核，幾乎2/3就廢掉了。”邊緣智芯首席架構(gòu)師李甫告訴第一財經(jīng)。

在大型數(shù)據(jù)中心，流量處理占了計算30%的資源，AWS將這些還未運行業(yè)務(wù)程序，先接入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)就要占去的計算資源稱為“數(shù)據(jù)中心稅(Datacenter Tax)”。

DPU最直接的作用是作為CPU的卸載引擎，接管網(wǎng)絡(luò)虛擬化、硬件資源池化等基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)，從而釋放寶貴的CPU資源來運行上層應(yīng)用，實現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為中心的業(yè)務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施操作的分離。

芯片巨頭爭霸

2020年10月，在收購Mellanox后，英偉達(dá)發(fā)布了首款DPU產(chǎn)品——BlueField2系列。英偉達(dá)創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛表示：“現(xiàn)代超大規(guī)模云正在推動數(shù)據(jù)中心的新架構(gòu)。需要一種旨在處理數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施軟件的新型處理器來卸載和加速虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全和其它云原生AI服務(wù)的巨大計算負(fù)載。BlueField DPU的時代已經(jīng)到來。”

英偉達(dá)規(guī)劃了多代產(chǎn)品，計劃在2022年推出性能更強的BlueField3，2024年推出集成其GPU模塊的BlueField4。

從戰(zhàn)略上，英偉達(dá)收購Mellanox推出DPU，并試圖收購Arm，加上其傳統(tǒng)強項GPU，將侵蝕英特爾的市場份額，直接威脅后者在數(shù)據(jù)中心的霸主地位。

股市上的表現(xiàn)更加直接。2020年7月，英偉達(dá)市值超過英特爾，成為全球第三大半導(dǎo)體企業(yè);一年多后的今天，英偉達(dá)成為全球市值最高的半導(dǎo)體企業(yè)。截至北京時間12月28日，英偉達(dá)市值7736億美元，幾乎是英特爾(市值2112億美元)的4倍。

不過，英偉達(dá)是否能成功復(fù)制GPU的成功仍有待觀察。多位業(yè)內(nèi)人士告訴第一財經(jīng)，此前Mellanox產(chǎn)品在云服務(wù)廠商的認(rèn)可度并不高，“它的劣勢是它確實不太懂(云)，包括客戶對它產(chǎn)品的測試和設(shè)計都有吐槽。在Mellanox尚未被收購前，我們有測過很多功能，一些功能的改變也是我們提的。”

不少人認(rèn)為，英偉達(dá)對DPU市場的教育和推動概念的作用要大于其產(chǎn)品的實際應(yīng)用。

在英偉達(dá)的步步緊逼下，英特爾自然也不甘落后。2021年6月，英特爾發(fā)布了IPU(Infrastructure Processing Unit，基礎(chǔ)設(shè)施處理器)，對標(biāo)英偉達(dá)的DPU，并推出了基于FPGA和ASIC的兩種方案。

英特爾公司數(shù)據(jù)平臺事業(yè)部首席技術(shù)官Guido Appenzeller介紹稱，在美國和中國，六大云服務(wù)廠商目前使用基于FPGA的IPU。“隨著帶寬變高，我們看到他們緩慢地轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ肁SIC IPU。因為存在很多專利協(xié)議，所以不會發(fā)生快速轉(zhuǎn)變。”

通過使用IPU，可以從服務(wù)器卸載與運行基礎(chǔ)設(shè)施任務(wù)相關(guān)的開銷。云服務(wù)廠商的軟件在IPU本身上運行，而租戶的應(yīng)用程序在服務(wù)器CPU上運行。這不僅釋放了服務(wù)器上的資源，同時優(yōu)化了整體性能，而且為云廠商提供了一個單獨且安全的控制點。

值得一提的是，ASIC版本IPU采用的CPU核是ARM架構(gòu)，而非英特爾自身的X86架構(gòu)，這意味著英特爾的話語權(quán)正在減弱，為了迎合客戶需求選用了競爭對手的架構(gòu)。

第一財經(jīng)了解到，英特爾ASIC版本IPU主要與谷歌合作，谷歌提出相應(yīng)需求，英特爾為其“定制”。

李甫認(rèn)為，IPU側(cè)重多個CPU的管理，努力融合IaaS模塊，降低集群管理成本，更多像是一個協(xié)處理器。“類似在CPU中的大小核，變成了雙路服務(wù)器中的雙路大小CPU架構(gòu)。為了應(yīng)對不同客戶需求，英特爾可能會采用FPGA +小CPU +大CPU的超異構(gòu)計算模型，復(fù)雜化DPU/IPU市場。我們推出基于PCIe Switch總線交換技術(shù)的XPU芯片，正是為了這種超異構(gòu)計算架構(gòu)準(zhǔn)備的通用數(shù)據(jù)分發(fā)芯片。”

除此之外，賽靈思、Marvell、博通等老牌芯片廠商也都在推出針對數(shù)據(jù)中心的解決方案。

國內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司遍地開花

國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)也陸續(xù)推出相應(yīng)的解決方案。中科馭數(shù)自主研發(fā)KPU芯片架構(gòu)，落地于金融計算、數(shù)據(jù)中心、云原生、5G邊緣計算等場景。該公司正在研發(fā)的第二代DPU芯片K2已經(jīng)完成設(shè)計和驗證工作，預(yù)計將于2022年第一季度投產(chǎn)流片。

12月4日，大禹智芯第一代DPU產(chǎn)品Paratus V1.0正式亮相。根據(jù)該公司規(guī)劃，2021年，大禹智芯完成第一代產(chǎn)品的研發(fā)、客戶測試和商業(yè)化交付;2021年年底，第二代產(chǎn)品即將成功研發(fā)，并實現(xiàn)對應(yīng)商業(yè)合同的簽署;2021年年底，大禹智芯啟動自有芯片(SoC方案)的研發(fā)。

12月15日，云豹智能發(fā)布全功能云霄DPU網(wǎng)卡，全面支持裸金屬、虛擬機和容器服務(wù)資源一體化和性能加速，主要基于FPGA方案。據(jù)悉，下一代軟件定義DPU芯片也正在按計劃研發(fā)中。

專注PCIe技術(shù)棧的邊緣智芯則提供了另一種視角，數(shù)據(jù)從網(wǎng)卡進(jìn)入其設(shè)計的XPU后，分發(fā)給CPU、GPU、SSD。按其架構(gòu)，在XPU為中心的架構(gòu)中，網(wǎng)卡無需智能，只需要提供基本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能即可，適用于低成本、低延遲的應(yīng)用場景。

與CPU和GPU不同，DPU目前在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)方面都處于早期階段，并未出現(xiàn)絕對的領(lǐng)先者。接受采訪的多位業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，中國具備豐富的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，有強大的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，在這一賽道中，中國芯片廠商或許有望脫穎而出。