【從個別元件邁向完整應用環境的DPU】第一世代DPU應用系統問世

近幾個月來，隨著一系列基於DPU的應用平臺與儲存設備的問世，讓DPU的相關應用邁向新的階段，可望藉此克服以往DPU與系統平臺的整合問題，解開DPU推廣的桎梏。

無論哪一種類型的DPU產品，從智慧型網路卡、可程式化加速卡，儲存處理器（SPU），到運算型儲存裝置等，都只是提供運算卸載功能的輔助附加裝置，本身無法獨立運作，必須安裝到伺服器或儲存設備，才能發揮作用。

更進一步來看，DPU也並非安裝到伺服器便能直接發揮作用，還有一連串的設定、調校問題必須處理，有時甚至還需要搭配DPU廠商提供的API與SDK，修改前端應用程式，才能完整發揮DPU提供的運算能力。

這也意味著，DPU的使用門檻其實相當高，只有開發、整合能力較強的用戶，才能有效發揮特色，對於一般用戶而言，恐怕將難以發揮這些裝置的效益，這也成為DPU推廣上的一個障礙。

若要打破這個障礙，其實有一個辦法，便是由供應商端負責解決DPU與系統平臺的整合問題，推出預先整合了DPU的應用平臺或儲存設備，用戶端只要使用這些內含DPU的系統，便能馬上取得DPU所提供的運算加速能力。

所以，對於DPU加速應用有意採行的用戶而言，近期問世的一系列DPU儲存設備，以及應用平臺，等於提供了導入這類技術架構的方便法門。

圖片來源／Fungible
【Fungible的DPU-based產品線】Fungible堪稱目前最積極發展DPU-based產品的廠商之一，除了元件等級的DPU晶片及DPU卡，他們還推出以DPU為控制器核心的儲存伺服器，稱為FS1600（右），以及由內含DPU的伺服器與儲存設備組成的整櫃式產品，如Fungible Data Center，以及Fungible Rack（左）。

第一世代的DPU儲存設備與伺服器

為了協助將DPU從元件推廣到系統層面，Nvidia在2020年時，便曾推出搭配該公司BlueField DPU的參考平臺，以BlueField DPU為核心，搭配NVMe SSD、機箱、背板、電源供應器等元件，構成1U與2U兩種規格的儲存伺服器。然而，這種參考平臺，還不算是面對第一線用戶的實際產品。

就現在看來，最積極建構完整DPU儲存產品應用環境的廠商，我們認為可能是Fungible，事實上，該公司在2020年10月發表的FS1600儲存伺服器，應該是市面上首款基於DPU的儲存陣列產品，當中採用了常見的2U/24Bay機箱，以2組Fungible的F1 DPU作為核心，內含12組100 GbE埠，可支援NVMe/TCP傳輸介面，並能透過DPU提供即時壓縮、加密與Erasure Coding等功能。

圖片來源／Fungible
【Fungible的DPU-based資料中心架構】Fungible已經將DPU產品線擴展到整櫃式套件層級，透過以DPU作為儲存控制器核心的FS1600儲存伺服器，構成儲存節點，搭配安裝DPU卡的伺服器作為運算節點，以及在x86伺服器運行的Fungible Data Centre Composer管理平臺，來提供資料傳輸與儲存裝置的管理，所有的資料儲存與傳輸作業，都是由DPU來驅動。

Fungible宣稱憑藉DPU提供的加速功能，使得1組滿載24臺NVMe SSD的FS1600節點，便能提供高達1,500萬IOPS效能，存取延遲僅110μs，是一般2U全快閃儲存陣列效能的3到5倍以上。

繼Fungible之後，陸續有其他廠商推出搭載了DPU的儲存設備產品。

例如，近年大出鋒頭的新創廠商VAST Data，便在今年3月發表內含Nvidia BlueField DPU的Cares資料儲存機箱，這款產品採用1U機箱，可搭載最多22組E.1規格的SSD，以及8組U.2規格的儲存級記憶體模組（SCM），並配置4張BlueField BF1600 DPU卡。

Care資料儲存機箱內含的4張BF1600卡，是替代VAST Data上一代資料儲存機箱採用的2組Intel處理器I/O模組，每張BF1600，各自連接1或4個的SSD與SCM模組，構成4路的Active-Active架構。而藉由採用BlueField DPU，Care資料儲存機箱的單一機箱輸出傳輸率，可從40 GB/s提高到60 GB/s以上。VAST Data進一步表示，未來，這一套系統還預定將搭配的DPU卡，升級到Nvidia最新發表的BlueField-3。

圖片來源／VAST Data
【VAST Data的DPU儲存設備】VAST Data日前也推出基於DPU的Care資料儲存機箱，當中採用了Nvidia的BlueField DPU卡，以此取代上一代資料儲存機箱使用的Intel I/O模組，藉此提高了傳輸效能。

另外是新創儲存廠商Nyriad，他們的GPU加速架構儲存陣列，近日也有新發展。多數DPU廠商都是採用嵌入式通用處理器或FPGA，作為DPU的運算核心，但Nyriad獨樹一格，以Nvidia GPU作為輔助運算單元的核心。

整體而言，該公司的Nsulate儲存平臺除了x86處理器之外，還特別安裝了基於Nvidia GPU的加速卡，構成CPU+GPU架構，可由GPU取代傳統RAID控制器，提供Erasure Coding與其他運算卸載功能。

2022年3月，Nyriad推出新一代GPU加速儲存陣列產品UltraIO H系列，機箱內含2組控制器，稱作head nodes，每組控制器都採用兩顆Intel Xeon處理器，搭配兩張Nvidia RTX A6000 GPU卡，其中GPU扮演的角色，是配合Nyriad專屬的UltraIO OS作業系統，為每個寫入區塊執行hash運算、藉此來檢驗資料的完整性，藉此減輕CPU的運算負載，因此，無論是對於平常的資料寫入，或是磁碟失效後的重建作業，均可望能發揮加速的效果。

伺服器端與整櫃式套件產品

除了儲存端產品，在伺服器端與整櫃式套件產品領域，也開始出現整合DPU的產品。

對此最積極的廠商仍是Fungible，有了DPU-based的FS1600儲存伺服器，接下來，他們又將DPU應用的戰線，延伸到融合式基礎架構（Converged Infrastructure）整櫃式套件的領域。

在2021年初，Fungible發表了基於DPU的Fungible Data Center，而這套產品是由Fungible Rack機櫃組成，含有標準的運算伺服器、儲存設備與交換器。

其特別之處，是運算伺服器安裝Fungible的S1 DPU卡，搭配的儲存設備，則是同廠牌的FS1600 DPU儲存伺服器叢集，在管理平臺Fungible Data Centre Composer的控制下，整座機櫃的儲存及網路傳輸，都以DPU為核心來驅動。

而在一線伺服器大廠方面，相對較熱心導入DPU應用的則是HPE。雖然該公司自身無DPU產品，但在2021年，先後與Nebulon與Pensando這2家DPU供應商合作，將Nebulon的SPU卡，以及Pensando的DSC卡，引進HPE的伺服器產品線，包括ProLiant系列通用伺服器，Apollo系列高效能運算與大數據伺服器，以及Edgeline融合邊緣系統等產品線，日後都可提供預載與整合DPU的組態，因此這些產品堪稱市面上首批「DPU Ready」的伺服器產品線。

整體來說，整合了DPU的IT設備數量雖然還不多，但已經涵蓋了儲存設備、伺服器到整櫃式套件的領域，可以針對有意導入DPU的用戶，提供建構DPU應用環境的基礎。

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