DPU（Data Processing Unit）是以数据为中心构造的专用处理器，专门用于处理数据中心的网络、存储和安全等任务。采用软件定义技术路线支撑基础设施层资源虚拟化，支持存储、安全、服务质量管理等基础设施层服务。DPU是软件定义的技术路线下的重要产物，在软件定义网络中，将数据面与控制面分离是最核心的思想。DPU被定义为强化了数据面性能的专用处理器，配合控制面的CPU，可以实现性能与通用性的更佳平衡。DPU是一个系统芯片（SoC），集成了多个组件，包括：

• 一个基于Arm架构的高性能、可编程的多核CPU，与其他组件紧密耦合。
• 一个能够在线速率下解析、处理和高效传输数据的高性能网络接口。
• 一个能够加速数据中心常见的协议和算法的硬件加速器。
• 一个能够提供安全隔离和内存管理等功能的内存控制器。
• 一个能够连接到其他DPU或CPU等设备的高速互连接口。

DPU的技术架构主要由三层组成：

• 应用层：提供给用户和开发者使用的API和SDK，支持各种编程语言和框架，如C/C++、Python、TensorFlow等。
• 平台层：提供给操作系统和虚拟机使用的驱动程序和库，支持各种操作系统和虚拟化技术，如Linux、Windows、VMware等。
• 硬件层：提供给平台层使用的寄存器和指令集，实现对硬件资源的访问和控制。

DPU可以应用于多种数据中心场景，主要有以下几类：

• 存储加速：通过在存储服务器上部署DPU卡，可以实现对NVMe SSD等高速存储设备的直接访问和管理，提升存储性能和效率。
• 网络加速：通过在网络服务器上部署DPU卡，可以实现对网络流量的智能分析和优化，支持各种网络功能如防火墙、负载均衡、虚拟交换机等。
• 安全加速：通过在安全服务器上部署DPU卡，可以实现对加密、签名、认证等安全操作的硬件加速，提高安全性能和保障。
• 云计算加速：通过在云服务器上部署DPU卡，可以实现对虚拟机、容器等云计算资源的隔离和调度，提升云计算效率和灵活性。
• 边缘加速：利用DPU实现边缘计算功能（ECF），将传统的云端计算转移至离用户更近的边缘节点上，如视频分析、物联网处理等，降低延迟并节省带宽。

目前市场上已经出现了多家厂商推出了自己的DPU产品或方案，例如NVIDIA 的BlueField系列5、星融元Asterfusion 的Helium系列6、华为 的Kunpeng系列等，天翼云也在2022年12月底发布了自研的紫金DPU。未来随着数据中心规模不断扩大和复杂化以及人工智能等新兴应用需求不断增长，DPU技术将成为计算领域的重要发展方向之一。