计算机行业：DPU硬件标准化的思考与探索

王鹏 中国移动研究院项目经理 1.DPU技术现状及挑战 2.DPU硬件标准化思考 3.DPU硬件标准化探索 4.中国移动DPU标准及生态建设 极低损耗 CPU“零”损耗算力资源极致利用 极高灵活 裸金属弹性发放网络可编程 极强性能 线速转发、极低时延无损网络 极致安全 防火墙等安全功能加速 虚拟化安全能力增强 •DPU是继CPU、GPU之后的数据中心第三颗大芯片，本质是围绕数据处理提供网络、存储、安全、管理等数据中心基础设施虚拟化能力的专用处理器 业务 场景 智能计算 大数据 云游戏 分布式 存储 … 算力服务 管理编排 虚拟机 算力服务形态 容器 裸金属 CPU、GPU、AI芯片…… 管理运维 DPU 系统 算力节点 业务网络、存储网络 •DPU以数据为中心构建敏捷、灵活、高效的算力基础设施底座，实现极低损耗、极强性能、极高灵活、极致安全，支撑中国移动算力网络多样化业务需求 各自为营、定向适配的商业模式限制了DPU的产业发展 亟需完善技术体系，构建统一软硬件标准，加强产业合作，推动DPU产业生态稳步健康发展 技术体系 产业生态 云计算的需求决定DPU技术体系，云计算新技术、新场景迭代频繁，使得DPU的“易用性”成为落地关键 技术架构不独立：DPU本质是云化、虚拟化技术从纯软件实现向软硬结合发展的结果，技术架构与云计算关系密切，耦合度高 技术路线不明晰：DPU在实现某一功能时，存在多种技术路线，无法收敛 技术标准不成熟：DPU功能与接口缺乏标准，硬件及服务器多为定制化实现，国内外相关标准组织 刚刚起步 DPU与云平台、服务器三位一体共同构成端到端解决 方案，任一环节的缺失均会影响产业落地 云平台 DPU 服务器 DPU落地商用需要云 平台、DPU、服务器三方定向适配，导致适配时间长、成本高 DPU作为典型的软硬一体解决方案，亟需优先引导整机层及部件层标准化、通用化，为芯片与软件的深度整合及生态繁荣提供底层支撑 网 络 存 储 计 算 裸金属服务器 DPU卡 安全 管理 服务器整机面对的问题 DPU卡部件可看作在服务器内部的另一个小型服务器。DPU卡的引入对通用服务器设备在多个方面提出了定制化要求 DPU卡部件面对的问题 引入DPU后，服务器内多网卡替换为一张DPU卡。终端客户的组网方案、单节点网络带宽需求、带外纳管方案均存在较大差异，导致DPU卡关键硬件规格难以统一 软件平台层芯片层 部件层整机层 标准化 •服务器硬件标准化建议分两个阶段进行推进。于阶段一优先解决与硬件设计强相关的结构、供电、散热等需求，于阶段二迈入服务器与DPU卡紧密耦合的“深水区”，进一步收敛两者的在带外纳管、运维、底层固件的关系。通过生态标准进行前期引导，待生态成熟通过企标及采购进行落地 •DPU卡硬件标准化建议通过生态标准优先对卡硬件架构、带外纳管等达成方案级别一致，再通过企标进一步约束端口数量规格、功能性能等具体设计要求 服务器标准化 阶段一 结构 供电 散热 辅助边带信号 服务器标准化 阶段二 带外纳管 上下电及运维 BIOS、BMC 其他 DPU卡标准化 硬件架构 •形态 •端口规格 •功耗 •温度范围 •功能性能 •… 阶段一 阶段二 统一散热能力 统一服务器结构及供电最大能力 •在DPU裸金属服务器技术领域，中国移动于ODCC立项《裸金属服务器技术规范》，提出四个统一，旨在实现DPU与服务器设备之间的硬件解耦，及早引导产业进行针对性设计，突破新技术规模应用瓶颈 VenderA：DPU卡 网口 网口 硬件 加速 引擎 协处理器 CPU 带外管理 供 电 PCIe槽位 CPU PCIe槽位 带外 管理 电源 CPU 散热 模组 时序 控制 •约束服务器可支持卡的最大结构规格及最大功耗门限 •约束服务器可支持卡在服务器未开机状态启动 •约束服务器支持未开机状态对卡进行散热及调速 统一硬件辅助边带信号定义 统一带外管理功能边界 VenderB：通用服务器 •约束服务器能够提供给DPU的辅助边带信号 •逐步收敛DPU及服务器两者带外管理模块的职责及交互框架， 最终做到边界清晰 •在服务器与DPU卡紧密耦合的技术领域，DPU卡设备身份的二重性使带外纳管成为首先要解决的问题 •建议从带外管理需求、硬件方案、软件协议逐步达成技术共识，最终实现复杂设备间的解耦 管理需求一致 硬件方案一致 软件协议一致 基础设施管理裸金属服务器节点DPU卡 •从终端客户管理运维角度，定义DPU卡带外管理模型 •模型既包含卡类信息，又包含主机类信息 •DPU卡内管理信息由带外管理模块统一汇总，避免DPU直接对主机暴 露大量Sensor •DPU卡带外管理信息由Smbus或自身带外网口传递 •在Smbus总线基础上，进一步定义双 带外管理网络 Host-BMC DPU处理器 PCIe PCIeor内部总线 硬件加速引擎 DPU 带外管理模块 Host-CPU 硬件管理平台 带外管理模块交互协议，实现BMC软件解耦 •在DPU卡技术领域，以全高双宽3/4长PCIe标卡为最大结构，以三颗芯片为核心的DPU卡硬件架构已逐步成为事实标准 基础设施管理 裸金属服务器节点DPU卡 带外管理网络 Host-BMC 虚拟化层例如 NovaCinderIronic …… PCIe 带内管理网络 PCIeor内部总线 硬件加速引擎 管理控制组件 SPDK DPDK 存储 OVS- DPU处理器 网络 DPU 带外管理模块 Host-CPU GuestOS 硬件管理平台 DPU处理器 DPU 硬件架构 硬件加速引擎 DPU 带外管理模块 2 G 1 G 1 G •DPU作为软件定义硬件的产品，不同终端客户组网方案导致的DPU端口规格差异，以及不同业务场景对卸载功能性能要求差异，仍需产业共同探讨 注：此处为网络平面 逻辑图，不代表实际 网卡配置 业务面 存储面 管理面 运营商某业务组网原有方案业务、存储、管理三平面6端口 网卡3 0 网卡2 0 网卡1 5 服务器节点 管理TOR10G 存储TOR10G 业务TOR25G 业务TOR 25G、10G 网络平存面储设T计OR待讨论 10G 管理TOR 10G 引入DPU后 DPU卡 端口规格待讨论 服务器节点 中国移动从标准体系构建、产业生态催化两方面进行攻关，推动DPU产业稳步发展打造解耦开放型DPU标准和新生态 发布《DPU技术白皮书》，阐明三大标准化方向 •1套DPU技术架构 •5大软件功能接口定义 •硬件4个维度统一 构建标准体系，繁荣开源生态 •CCSATC1牵头DPU总体技术要求等行标立项 •CCSATC606（ODCC）牵头裸金属服务器技术规范立项 凝聚产业合力，推进产业稳步健康发展 •三大定位：产业聚合平台、技术方案实验床、业务场景孵化器 •生态聚合：已汇聚28家云平台、服务器、DPU厂商