DPU市場分析

DPU（數(shù)據(jù)處理器，Data Processing Unit），是繼CPU和GPU之后的，數(shù)據(jù)中心第三顆主力芯片。

DPU首次由美國公司Fungible 提出，DPU行業(yè)（數(shù)據(jù)處理單元）是指用于數(shù)據(jù)處理的各種芯片和處理器。其主要目標(biāo)是優(yōu)化和提升數(shù)據(jù)中心效能。DPU是由基礎(chǔ)網(wǎng)卡進(jìn)化而來，是智能網(wǎng)卡發(fā)展的下一形態(tài)，DPU上游涉及如EDA設(shè)計軟件、IP 核、封裝測試、代工等環(huán)節(jié)，下游則主要對應(yīng)數(shù)據(jù)中心/ 云計算、智能駕駛、數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域需求。

由于算力提升與數(shù)據(jù)增幅呈現(xiàn)剪刀差，DPU可有效減少算力損耗。在當(dāng)前數(shù)據(jù)增幅大幅提升的大背景下，CPU性能的增速減緩，成本大幅增加，CPU性能提升的難題有待解決，以 DPU為代表的異構(gòu)計算具備將部分通用功能場景化、平臺化的特點，實現(xiàn)算法加速并減少 CPU功耗，有助于運(yùn)營商、云計算廠商和互聯(lián)網(wǎng)廠商對數(shù)據(jù)中心的升級改造，減少高達(dá)30% 的數(shù)據(jù)中心算力稅。

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)的中央處理器（CPU）已經(jīng)慢慢無法滿足處理大量數(shù)據(jù)和實時決策等方面的需求。而數(shù)據(jù)處理單元（DPU）具有并行處理、低功耗等優(yōu)勢，能夠更好地支持人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，DPU 一直是各大廠商爭相研發(fā)和投入的領(lǐng)域。DPU 行業(yè)也迎來了增長期。

DPU 其實在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)孕育已久，從早期的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理卸載，到后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)、存儲、虛擬化卸載。根據(jù)摩天輪數(shù)據(jù)，Amazon 的AWS 早在2013 年研發(fā)了Nitro產(chǎn)品，將數(shù)據(jù)中心開銷( 為虛機(jī)提供遠(yuǎn)程資源、加密解密、故障跟蹤、安全策略等服務(wù)程序) 全部放到專用加速器上執(zhí)行。Nitro 架構(gòu)采用輕量化Hypervisor 配合定制化的硬件，將虛擬機(jī)的計算( 主要是CPU 和內(nèi)存) 和I/O( 主要是網(wǎng)絡(luò)和存儲) 子系統(tǒng)分離開來，通過PCle總線連接，節(jié)省了30% 的CPU 資源。

2019 年，美國公司Fungible 推出產(chǎn)品F1DPU，第一次提出了DPU的概念。2020 年10 月，英偉達(dá)將基于Mellanox 方案的SmartNIC 命名為DPU，重新定義了DPU的概念。2020 年，英偉達(dá)公司發(fā)布的DPU 產(chǎn)品戰(zhàn)略中將其定位為繼CPU 和GPU 之后數(shù)據(jù)中心的“第三顆主力芯片”，掀起了行業(yè)熱潮。

根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu) MarketsandMarkets 的數(shù)據(jù)，全球數(shù)字信號處理器（DSP）和DPU 市場規(guī)模預(yù)計在2025 年將超過680 億美元，復(fù)合年增長率（CAGR）為9.4%。而在智能手機(jī)、家用電器、汽車、航空航天、通信和醫(yī)療等領(lǐng)域，DPU 的應(yīng)用也將保持不斷增長。隨著人工智能的快速發(fā)展，DPU 在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用需求不斷增加。人工智能需求推動了DPU 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新，同時也將進(jìn)一步激發(fā)DPU 行業(yè)的增長。而5G不僅可以加快數(shù)據(jù)傳輸速度，還可以更好地支持物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等應(yīng)用。這進(jìn)一步增加了DPU 市場的需求，DPU 將被廣泛應(yīng)用于5G 網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備中。隨著汽車智能化、自動化和電動化的快速發(fā)展，DPU 作為車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，將為增強(qiáng)駕駛體驗和提高車輛性能提供支持。據(jù) MarketsandMarkets 的市場報告預(yù)測，2023 年全球汽車智能駕駛市場總值將達(dá)到1,400億美元。

數(shù)據(jù)中心是DPU 目前最主要的應(yīng)用場景，預(yù)計未來用于數(shù)據(jù)中心的DPU 數(shù)量將達(dá)到和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器同等量級。隨著DPU 技術(shù)方案更加成熟、數(shù)據(jù)中心在全球范圍內(nèi)加速落地，以及智能駕駛等諸多應(yīng)用場景逐漸放量，NVIDIA、Intel 等廠商數(shù)據(jù)處理類芯片DPU/IPU 大規(guī)模量產(chǎn)，全球DPU 市場將在未來幾年迎來爆發(fā)式增長。

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DPU中國市場趨勢

對于中國市場，受新基建、數(shù)字化轉(zhuǎn)型及數(shù)字中國遠(yuǎn)景目標(biāo)等國家政策促進(jìn)及企業(yè)降本增效需求的驅(qū)動，近年來我國數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)收入持續(xù)高速增長。據(jù)統(tǒng)計，2021 年，我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)市場收入達(dá)到1500.2 億元，同比增長28.5%。隨著我國各地區(qū)、各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，我國數(shù)據(jù)中心市場收入將保持持續(xù)增長態(tài)勢。

在云計算市場帶寬迭代中，數(shù)據(jù)中心平均2-3 年迭代一次，DPU 能夠很好支持用戶數(shù)據(jù)中心帶寬升級，并且將新功能靈活部署在舊有的硬件架構(gòu)上。2017-2019 年，我國云計算行業(yè)規(guī)模增速均在30% 以上，呈高速增長態(tài)勢，2021 年我國云計算市場規(guī)模為3102 億元。目前，包括亞馬遜、阿里云、華為等云計算龍頭都在發(fā)展符合自身要求的DPU 產(chǎn)品線。

對于智能車市場，DPU 在車載終端的部署可提升終端處理能力和傳輸速率，從而降低時延，保證車輛在高速移動場景下維持?jǐn)?shù)據(jù)交換。未來，智能駕駛每個車機(jī)節(jié)點都可視為小型數(shù)據(jù)中心，并將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)、交換和存儲需求。

為降低車載終端在無線側(cè)的傳輸時延，每輛智能駕駛汽車都有望配備DPU。以NVIDIA 為例，其智能駕駛平臺Atlan 即集成了DPU 芯片，預(yù)計在2025 年用于車機(jī)之上。DPU 可以部署在L3 及以上級別自動駕駛汽車上，未來搭載TJP、HWP 等L3 級別功能的智能汽車將會逐步落地，到2027 年L2.5/3 級別智能汽車有望成為主流。

2023 年國內(nèi)數(shù)據(jù)中心有望升至800 G，DPU 性能將升級至100 G 及更高，DPU 將迎來第一輪配置需求。據(jù)統(tǒng)計，2021 年國內(nèi)DPU 市場規(guī)模為75.3 億元，預(yù)計2025 年，國內(nèi)市場規(guī)模將達(dá)到565.9 億元，五年復(fù)合增速達(dá)170.60%。

國內(nèi)DPU 行業(yè)市場集中度較高。根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)，近年來國內(nèi)DPU 市場中，國際三大巨頭英偉達(dá)，博通，Intel 的份額分別達(dá)到 55%、36%、9%。但國內(nèi)DPU 廠商也逐漸崛起，例如星云智聯(lián)、大禹智芯、云脈芯聯(lián)、芯啟源和中科馭數(shù)等。

DPU國際市場趨勢

國際上，Nvidia、Intel、Xilinx、Marvell、Broadcom、Pensando、Fungible、Amazon、Microsoft 等多家廠商在近2-5 年內(nèi)均有DPU 或相似架構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)，較國內(nèi)相對較早。國內(nèi)廠商中，華為，阿里，百度，騰訊也在近幾年針對自身服務(wù)器進(jìn)行自研與外購DPU，針對的主要功能在于數(shù)據(jù)，存儲與安全方面。

在激烈的市場競爭中，企業(yè)及投資者能否做出適時有效的市場決策是制勝的關(guān)鍵。目前行業(yè)處于自然生長階段，各個技術(shù)路線都以能夠滿足客戶需求先行。未來必然還會面臨標(biāo)準(zhǔn)化、制程與工藝的 提升、下游應(yīng)用的多樣化支持等挑戰(zhàn)。而有一些投資人認(rèn)為，DPU 與CPU/GPU 同量級的高投入，但市場規(guī)模卻不大。并且因為DPU 跟用戶的業(yè)務(wù)相關(guān)，很多用戶傾向自研，這進(jìn)一步導(dǎo)致公開市場規(guī)模更加有限。剖析其本質(zhì)，DPU是在目前算力困境的大背景下產(chǎn)生的，預(yù)示著一個新的算力時代的到來。行業(yè)需要更多的技術(shù)創(chuàng)新，更好的服務(wù)“東數(shù)西算”國家大戰(zhàn)略和數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

目前DPU 的市場環(huán)境也面臨著一些挑戰(zhàn)：成本、市場、技術(shù)及售后等多方面挑戰(zhàn)使得各大廠商需要不斷地推出應(yīng)對的解決方案，DPU 行業(yè)發(fā)展基于高度依賴于硬件和軟件技術(shù)的學(xué)習(xí)和積累。市場技術(shù)門檻較高，研發(fā)團(tuán)隊需要有一定的技術(shù)和經(jīng)驗積累。并且DPU 終端設(shè)備一般集成于其它產(chǎn)品，不具備單獨的市場，所以售后服務(wù)與解決方案難度較大。除此之外，用戶對設(shè)備處理速度的要求一直在提高，設(shè)備的質(zhì)量、性能、信賴性和穩(wěn)定性均有要求，這對廠商的市場推廣和維護(hù)都提出了新的挑戰(zhàn)。DPU 的研發(fā)成本也非常高昂，大芯片需要足夠通用，足夠大范圍落地，才能在商業(yè)邏輯上成立。在研發(fā)方面的投入，DPU 相比CPU、GPU 還要更高：開發(fā)DPU 芯片，不但需要高性能CPU IP、高性能總線IP， 還包括高速PCIe、Ethernet 以及DDR/HBM等；還需要開發(fā)非常多的、并且難度也非常高的各類加速引擎，如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理加速引擎、高性能網(wǎng)絡(luò)加速引擎、存儲加速引擎、各類安全加速引擎等；還需要把IaaS 等很多上層的軟件服務(wù)融入到芯片的軟硬件方案中，并且需要跟不同用戶的不同場景進(jìn)行對接。

總體來說，DPU 行業(yè)市場前景廣闊，行業(yè)將從市場機(jī)遇中迎來持續(xù)增長，同時研發(fā)團(tuán)隊也正在努力的不斷創(chuàng)新提高技術(shù)工藝，為用戶和公司客戶提供更好的解決方案。

（本文來源于EEPW 2023年10月期）