英特尔基础设施处理器(IPU)来了!巨头们开辟DPU“芯”战场

 虞霜     

日前,在Six Five峰会上,英特尔公布了其对基础设施处理器(IPU)的愿景。IPU是一种可编程网络设备,旨在使云和通信服务提供商减少在中央处理器(CPU)方面的开销,并充分释放性能价值。利用IPU,客户能够部署安全稳定且可编程的解决方案,从而更好地利用资源,平衡数据处理与存储的工作负载。


英特尔数据平台事业部首席技术官Guido Appenzeller表示:“IPU是一种全新的技术类别,是英特尔云战略的重要支柱之一。它扩展了我们的智能网卡功能,旨在应对当下复杂的数据中心,并提升效率。在英特尔,我们致力于携手客户及合作伙伴构建解决方案、创造新型技术,而IPU就是这种合作的典范。”


那么问题来了,我们为什么需要IPU?


在19世纪后期,一位名叫威廉·斯坦利·杰文斯的经济学家观察到,提高煤炭使用效率的技术进步最终导致了广泛行业的煤炭消耗量增加,这被认为是一个悖论,因为人们在当时通常将效率与使用量的减少联系起来,而实际上恰恰相反,更高的效率会导致更低的成本,并创造更多的使用量。当然,这也适用于技术行业,让我来举一个数据中心的例子。


英特尔基础设施处理器(IPU)来了!巨头们开辟DPU“芯”战场


自90年代推出标准大容量服务器以来,服务器市场不断增长,直到2000年代初,在那个时间段内我们看到了虚拟化的发明,vmware为x86服务器创建了这个概念,它们通过将更多机器虚拟化到一台机器上来,使IT专业人员能够更好地利用物理资源,这当然有助于减少停机时间,并提高控制和安全性。


但业内一些人开始怀疑服务器市场是否处于高峰期,事实上,当你看到这张图表时,你可以看到市场确实开始停滞不前,这部分是因为互联网泡沫破灭,但这也是因为随着服务器的虚拟化,IT部门不需要购买那么多的服务器,所以效率和利用率提高了,在一段时间内我们确实看到了消费减少,但杰文斯的悖论最终成立--效率提高导致为了更多的消费。


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从那时起,我们已经看到服务器和数据中心市场正在经历爆炸式增长,现在它正在为我们所有的数字生活提供动力,而多年来也出现了更多推动效率提升的力量。


当然,我们看到aws和azure,这些崛起的云服务提供商,它们使计算的使用更加高效。尽管我们取得了很大的进步,但直到今天,我们也仍然会看到令人难以置信的低效计算利用,我们在行业中看到的大规模增长导致工作负载越来越多样化,数据中心越来越大,这给底层基础设施带来了压力。我们看到了大规模运营的挑战。


当然,集中式数据中心可能还不够满足需求,我们可能需要将计算推到实际产生数据的地方。所以,所有这些都对在此之上运行的软件格局产生重大影响。基础设施不断发展,以提高数据中心的使用效率。


软件行业已经发展,而不是经典的单一软件应用程序。我们看到了这种新趋势,即应用程序被分解为更小的面向服务的组件,这些组件在称为微服务的容器中运行。每个微服务本身都包含自己的负载均衡器,它们高度分散,具有分解的架构。这种方法的好处包括更容易从软件崩溃中恢复。


当容器中的一个函数失败时,它的工作负载可以重定向到不同的容器或微服务继续运行,对整体服务的影响很小,或者如果单个微服务对资源的需求很大,系统可以适当地请求更多动态自动增加计算资源内存,以支持该特定微服务,因此所有这些高度复杂的可扩展和高性能微服务都要求并产生对高效编排的需求。这些服务需要以有效的方式转移。


英特尔基础设施处理器(IPU)来了!巨头们开辟DPU“芯”战场


这是Facebook的一个例子,表明他们关心的各种工作负载的大部分计算实际上都用于日常工作负载,例如移动内存或散列和压缩。从前,我们认为数据中心主要工作负载在通用处理器上运行,而上面的例子意味着我们以前看待计算的方式其实只是云中整体计算的一部分而已。


这张图的深色部分(applicationlogic)占手头整体任务的比例较小,而这张图的浅色部分(orchestration)则占较大比例。所以我们显然必须解决这个“税收”问题。为了解决这个问题,我们需要硬件解决方案作为整个云基础设施的控制点,以加速日常工作负载,也就是基础设施功能。


包括网络虚拟化、存储虚拟化、安全或压缩在内,本质上它们都是解决方案,它将释放微处理器、CPU、通用解决方案和微处理器内部的内核,以通过处理这些“税收”功能--这些基础设施功能来处理数据。我们称这种芯片解决方案为新的计算单元--基础设施处理器或IPU。


这是我们SmartNIC产品线的演变,与至强微处理器结合使用。它将提供高度智能的基础设施加速,并能够以更可预测的方式提供新级别的系统安全控制隔离。


FPGA可用于连接工作负载定制,随着时间的推移,这些解决方案变得越来越紧密耦合,因此将IPU的这种功能与微服务的持续趋势相结合,对于基于功能的基础设施来说,这是一个独特的机会,可以实现更优化的硬件和软件,实际上解决了我之前描述的那个问题。


据了解,IPU是一个可编程的网络设备,能够对数据中心内的基础设施功能进行安全加速,从而使系统级资源的管理更加智能。通过IPU,云运营商可以转向完全虚拟化的存储和网络架构,同时保持超高的性能、以及强大的可预测性与可控性。


通过特定功能,IPU可对数据中心中基于微服务架构的现代应用程序进行加速。谷歌和Facebook的研究表明,微服务通信开销可消耗22%到80%的CPU性能。借助IPU,云提供商可以安全地管理基础设施功能,同时为客户提供对CPU和系统内存功能的全面控制力。


IPU可以提供的能力包括:1,通过专用协议加速器来加速基础设施功能,包括存储虚拟化、网络虚拟化和安全。2,通过把软件中的存储和网络虚拟化功能从CPU转移到IPU,从而释放CPU核心。3,允许灵活的工作负载分配,提高数据中心利用率。


英特尔公司数据中心事业部副总裁兼以太网产品部总经理Patty Kummrow表示:“英特尔与绝大多数超大规模云服务提供商建立了紧密的合作关系。通过至强D、FPGA和以太网组件的广泛部署,英特尔已在IPU市场出货量上位于领先地位。英特尔首个基于FPGA的IPU平台已为多个云服务提供商完成部署,我们的首款ASIC IPU也正在测试中。”


百度主任系统架构师王雁鹏表示:“百度和英特尔在IPU领域展开全面合作,基于英特尔的IPU解决方案,百度自研智能网卡实现裸金属、虚机、容器多种算力在网络和存储功能的全面卸载和统一,极大地赋能了百度云主机产品。”


英特尔将推出更多基于FPGA的IPU平台和专用ASIC,这些解决方案建立在强大的软件基础之上,使客户能够构建领先的云编排软件。


不断演进的数据中心将需要一个全新的智能架构。这一架构内,大规模分布式异构计算能够协同工作,无缝连接,形成一个独立的计算平台。这种新架构将有助于解决当今资源搁浅、数据流拥堵和平台安全不兼容的挑战。这种智能数据中心架构将拥有三类计算单元--用于通用计算的 CPU、用于特定应用或特定工作负载加速的XPU以及用于基础设施加速的IPU--它们将通过可编程网络相互连接,从而有效利用数据中心资源。


笔者看来,英特尔在数据中心叱咤多年,此次推出的基础设施处理器是目前唯一与超大规模云合作伙伴共同构建的IPU产品。这意味着英特尔将能够积极创新并提供已经解决现实世界问题的产品。从技术上讲,如果将英特尔SmartNIC等同于IPU,那么拥有至强-D、FPGA和以太网组件的英特尔已经是IPU市场上出货量方面的绝对领先者。同时,英特尔将IPU置于与CPU和XPU同等重要的地位,这使得IPU的推出具有了重大意义,未来,一个全新的英特尔将呼之欲出。


国内DPU玩家入局


在DPU这个创新的市场上,国内这几年不乏有玩家提早布局,而且现在资本市场也非常青睐DPU这个细分赛道,据投中网的报道,现在头部的DPU项目已经呈现出了热火烹油的机构争抢态势。国内的DPU初创企业正迎来发展的大好时机。


中科驭数算是国内布局较早的一家DPU企业,其创始团队来自于中科院计算所体系结构国家重点实验室。而且其DPU基于自主研发的KPU架构,KPU(Kernel Processing Unit)架构是中科驭数基于软件定义加速器技术路线自主研发的芯片架构。以KPU架构为核心,2019年其设计了业界首颗数据库与时序数据处理融合加速芯片,已经成功流片。今年初,中科驭数宣布了其下一颗DPU芯片研发计划,功能层面包括完善的L2/ L3/L4层的网络协议处理,可处理高达200G网络带宽数据。该颗芯片预计将于2021年底流片。


截至目前,中科驭数已经布局126项发明专利,其中47项已获得授权,驭数围绕KPU(Kernel Processing Unit)芯片架构、基础软件和计算系统,建立了较完善的知识产权体系。


在应用领域方面,中科驭数从金融行业入手,除了深耕金融领域,2021年中科驭数产品的商业应用还将逐步拓展到混合云、数据中心、电信通信等领域。前段时间刚与中移物联网达成战略合作,双方将在边缘端网络处理、异构算力基础设施领域建立合作。


6月11日消息,DPU芯片企业“芯启源”宣布完成数亿元Pre-A3轮融资,本轮融资由SIG海纳亚洲、浦东科创、晶晨半导体、熠美投资(市北高新大数据基金)等联合投资,既有股东软银中国在本轮继续追加投资。本轮融资将用于吸引研发人才与管理人才加入团队,并启动DPU芯片下一阶段技术研发和市场拓展。


芯启源成立于2015年,芯启源是一家针对超大规模电信和企业级的智能网络提供核心芯片和系统的高科技公司,拥有两大板块核心产品。据其官微介绍,芯启源智能网卡是目前国内唯一的基于SoC架构的成熟DPU(Data Processing Unit,数据处理单元)完整解决方案,并拥有自主知识产权,已成熟量产,可提供从芯片、板卡、驱动软件和全套云网解决方案产品,已获得了中国移动苏研院的首批智能网卡订单。


据企查查显示,另外一家DPU芯片企业星云智联成立于2021年3月22日,该公司专注于数据中心基础互联通信架构和DPU芯片研发。今年4月份,珠海星云智联宣布完成数亿元天使轮融资,由高瓴创投(GL Ventures)领投,鼎晖VGC(鼎晖创新与成长基金)、华登国际中国基金参与跟投。


据介绍,其正在研发的DPU将在 IAAS和PAAS之间形成独立的CAAS(通信服务层),实现物理资源的“多虚一”和近乎裸金属性能的“一虚多”,简化IAAS,提升资源利用率;卸载PAAS中与通信数据流相关的处理,提升应用的通信效率和性能。从而实现数据中心架构的跨越式发展,有力支撑云计算、HPC、AI等业务的指数级增长,形成一个超300亿美元的新市场。


就目前形势来看,不论各家公司如何发挥各自专长去设计DPU芯片,都将推动整体行业的向前发展。


来源:IT168网站, 半导体行业观察

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