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市場研究機構Dell’Oro的數據顯示，預計到2024年，SmartNIC市場規模將超過6億美元，占全球以太網適配器市場的23%。而整體控制器和適配器市場將以7%的年復合增長率增長，其中25Gbps和100Gbps的銷售將是主要增長驅動力。
CPU不能承受之重
之所以能夠取得如此高的增長率，原因在于目前數據中心內部流量(也稱橫向流量)的年復合增長率都在25%以上，但與此同時，隨著SDN的增加，云服務器會在CPU和軟件中使用很多SDN功能，使得高達30%的數據中心計算資源被分配用于聯網I/O處理云數據。
坦率地說，如果聽之任之，這個問題隨著時間的推移只會越來越嚴重。
當前，以幾何級數幅度增長的聯網端口速度，遠超摩爾定律和Dennard縮放比例定律(Dennard’s scaling)的計算周期速度，這種差距的存在使得服務器中所有的CPU資源都將遭到擠占，而無暇顧及應用級處理，降低了CPU利用率。如果是公有云的話，他們需要把這樣的資源出售給客戶來進行變現。但如果不能出售這些核心內容，云服務商就會賠錢，這是一個非常嚴峻的問題。


圖1 端口速度超過摩爾定律
亞馬遜和微軟這樣的一級云服務提供商在很多年前就意識到了上述問題的嚴重性，紛紛選擇卸載掉服務器的聯網功能，并將這部分工作轉移到SmartNIC上運行，以便釋放出更多的CPU核，優化服務器利用率，降低聯網成本。
例如亞馬遜收購了一家名為Annapurna的初創企業，專門開發類似的器件和SmartNIC，并在2017年發布了AWS Nitro；微軟此前也通過將FPGA集成到SmartNIC上去卸載服務器的聯網功能，并實現了數以百萬計規模的部署；VMware則宣布將SmartNIC集成到VMware Cloud Foundation中的Project Monterey項目；而阿里云的做法是在其神龍服務器核心組件MOC卡中使用了專用的X-Dragon芯片，統一支持網絡、I/O、存儲和外設的虛擬化。
電信服務提供商則是另一大具有強勁增長潛力的市場，他們正考慮將SmartNIC從核心網集成到邊緣網，為NFV和AI推斷等應用提供服務。
不過，并非每一家公司都擁有足夠的研發能力和人才儲備去部署SmartNIC，因此目前有80%以上的云服務供應商尚未采用SmartNIC。相比之下，二、三級的廠商們就更加需要現成且方便的SmartNIC解決方案——無需自行開發，只需即插即用就可滿足數據中心的卸載、存儲和計算加速等需求。
數字基礎設施中的新物種
2020年10月，英偉達將基于Mellanox的SmartNIC方案命名為數據處理單元(Data Processing Units, DPU)，并將CPU、GPU、DPU稱為組成“未來計算的三大支柱”。
不過，需要指出的是，從SmartNIC變為DPU并非簡單的改改名字。為了在數據中心充分實現應用程序的效率，傳輸卸載、可編程的數據平面以及用于虛擬交換的硬件卸載等功能是SmartNIC的重要部分，但只是DPU的最基本要求之一。要將SmartNIC提升到DPU的高度，還需要支持更多的功能，比如能夠運行控制平面，以及在Linux環境下提供C語言編程等。
說得再直白一些，DPU是面向數據中心的專用處理器，新增了AI、安全、存儲和網絡等各種加速功能，將成為新一代的重要算力芯片。它能夠完成性能敏感且通用的工作任務加速，更好地支撐CPU、GPU的上層業務，成為整個網絡的中心節點。
當然，我們還是要佩服黃仁勛的“帶貨”能力，能讓DPU概念一炮而紅，吸引業內眾多競爭者紛至沓來。從海外的英特爾、博通、英偉達、賽靈思、Marvell、Netronome、Pensando、Fungible、Dream Big Semiconductor，到國內的DPU創企中科馭數、星云智聯、大禹智芯、芯啟源、云豹智能，每一家企業都在摩拳擦掌，躍躍欲試。
從英偉達公布的DPU產品路線圖來看，BlueField-3/3X和BlueField-4將分別于2022年和2023年問世，屆時，將可提供400TOPS的AI算力和400Gbps的帶寬性能，從而解放GPU，只在單芯片DPU上就可實現網絡、存儲、安全等關鍵任務的加速工作。
Marvell今年6月最新推出的OCTEON 10系列DPU，采用了Armv9架構的Neoverse N2 CPU內核和臺積電5nm制程工藝，支持最新的PCIe 5.0 I/O與DDR5內存。作為DPU的重要補充，Marvell還為OCTEON 10引入了內部機器學習(ML)引擎。這樣，從本質上講，Marvell正在成為英偉達的直接競爭對手。
英特爾在2021架構日上推出的全新基礎設施處理器(IPU) Mount Evans其實也值得一提。按照英特爾的官方說法，IPU是一種可編程網絡設備，擴展了英特爾的智能網卡功能，旨在使云和通信服務提供商減少在中央處理器(CPU)方面的開銷，并充分釋放性能價值。利用IPU，云運營商可以將基礎設施任務卸載到IPU上，更大化實現CPU利用率和收益；客戶則可以通過一個安全、可編程、穩定的解決方案更好地利用資源，使其能夠平衡處理與存儲。 
再回到國內。根據Canalys Cloud Channels Analysis預測，到2023年，中國DPU市場規模將達190億人民幣。當然，還有其它分析機構的預測更加樂觀，認為中國DPU市場規模預計將在2025年超過37億美元，約合240億人民幣。
中科馭數算是國內布局較早的一家DPU企業，其DPU基于自主研發的KPU(Kernel Processing Unit)架構。以KPU架構為核心，中科馭數在2019年設計了業界首顆數據庫與時序數據處理融合加速芯片，已經成功流片。今年初，該公司又宣布了其下一顆DPU芯片研發計劃，功能層面包括完善的L2/ L3/L4層的網絡協議處理，可處理高達200G網絡帶寬數據，預計將于2021年底流片。
另一家DPU芯片企業“芯啟源”則在6月宣布完成數億元Pre-A3輪融資。這是一家針對超大規模電信和企業級的智能網絡提供核心芯片和系統的高科技公司，可提供從芯片、板卡、驅動軟件和全套云網解決方案產品，已獲得了中國移動蘇研院的首批智能網卡訂單。
成立于2021年3月22日的星云智聯專注于數據中心基礎互聯通信架構和DPU芯片研發，今年4月宣布完成數億元天使輪融資。其正在研發的DPU將在IAAS和PAAS之間形成獨立的CAAS(通信服務層)），實現物理資源的“多虛一”和近乎裸金屬性能的“一虛多”，可以簡化IAAS，提升資源利用率。
有行業人士表示，未來，用于數據中心的DPU量級將達到和數據中心服務器等量的級別。“每臺服務器可能沒有GPU，但一定會有一塊或者幾塊DPU/IPU卡，這將是一個千億量級的市場。”作為數字基礎設施中的新物種，火熱的DPU賽道未來會走出怎樣一波行情，值得期待。