中国移动 DPU技术白皮书 （2022年） 中国移动通信有限公司研究院 2022年7月 主编单位 中国移动通信有限公司研究院 联合编写单位 中国信息通信研究院、中国移动云能力中心、 中兴通讯股份有限公司、华为技术有限公司、英特尔（中国）有限 公司、联想（北京）有限公司、浪潮电子信息产业股份有限公司、 芯启源电子科技有限公司、北京大禹智芯科技有限公司、益思芯科 技（上海）有限公司、新华三技术有限公司 前 言 算力正在逐步成为新时代的核心生产力， 算力的发展同步带动了 网络的变革，网络作为连接用户、数据与算力的桥梁，是优化算力服 务的根基，构建高效、灵活、敏捷的算力基础设施底座，成为达到中 国移动算力网络新型基础设施愿景的关键。 作为算力网络创新技术之一，算力卸载统筹虚拟化、数据安全、 运维管理等 领域，是构建高性能、高可靠云化平台的关键 技术。DPU 一方面是 实现算力卸载的重要载体， 另一方面也是算网一体 的初级形 态，定位于数据中心 继CPU、GPU之后的“第三颗主力芯片” ，业 界需要重点打造和推动 DPU技术的发展与成熟。 本白皮书希望通过阐明 DPU发展情况、介绍 DPU技术架构、分 析DPU落地所面临的挑战且抛出 DPU标准化建议， 传递中国移动推 动DPU技术发展的理念，拉通 DPU完整生态链条，推动 DPU技术 发展成熟。 中国移动通信有限公司研究院 中国移动 DPU技术白皮书 （2022） 1 目 录 目 录 ................................ ................................ ................................ ................................ .................. 1 1. DPU概述 ................................ ................................ ................................ ................................ ............. 2 1.1 DPU的背景和概念 ................................ ................................ ................................ ............ 2 1.2 DPU产业现状 ................................ ................................ ................................ .................... 4 2. DPU技术架构 ................................ ................................ ................................ ................................ ..... 9 2.1 管理系统卸载 ................................ ................................ ................................ ..................... 9 2.2 网络系统卸载 ................................ ................................ ................................ ................... 10 2.2.1 虚拟化网络 ................................ ................................ ................................ ........... 10 2.2.2 RDMA ................................ ................................ ................................ ................... 13 2.3 存储系统卸载 ................................ ................................ ................................ ................... 14 2.3.1 存储接口卸载 ................................ ................................ ................................ ....... 14 2.3.2 存储网络协议栈卸载 ................................ ................................ ........................... 15 2.4 计算系统卸载 ................................ ................................ ................................ ................... 16 2.5 安全系统卸载 ................................ ................................ ................................ ................... 17 2.5.1 虚拟化安全隔离 ................................ ................................ ................................ ... 18 2.5.2 网络数据加解密 ................................ ................................ ................................ ... 18 3. DPU技术挑战和推进建议 ................................ ................................ ................................ ............... 19 3.1 软件系统标准化 ................................ ................................ ................................ ............... 21 3.2 硬件系统标准化 ................................ ................................ ................................ ............... 24 4. 展望与产业诉求 ................................ ................................ ................................ ............................... 26 附录：术语、定义和缩略语 ................................ ................................ ................................ ........ 27 中国移动通信有限公司研究院 中国移动 DPU技术白皮书 （2022） 2 1. DPU概述 1.1 DPU的背景和概念 随着工业互联网、人工智能、大数据、 5G等产业快速发展，计算需求呈爆 炸式增长，数据中心中的海量数据流动驱动网卡的端口速率从 10G快速向 25G 甚至 100G及以上演进，云化基础设施平台基于 CPU完成网络数据转发的传统 模式出现瓶颈。 一方面， CPU串行计算模式难以在高并发网络数据转发工作中发 挥最大计算能力；另一方面，网络带宽的增长速度远超 CPU的算力增长速度， 网络数据转发占用的 CPU资源不断增大。 业界提出的 DPDK（Data Plane Development Kit ）加速方案，虽然通过用户 态绑核轮询的模式、绕过内核协议栈提升了网络 I/O数据处理性能，但是在 25G 带宽速率下，大部分数据中心所需 CPU开销就达到了 25%甚至更多，随着带宽 增长，这种方案的 CPU开销更加难以忽视。 在