干货！天翼云 DPU 技术解码

9 月 2 日，第二届 SmartNIC&DPU 技术创新峰会在京举行，天翼云在 2022 SmartNIC&DPU Awards 年度评选中荣获匠芯技术奖。天翼云资深研发专家刘禄仁出席 SmartNIC&DPU 技术分会场并发表“天翼云 DPU 技术研究和实践”主题演讲，向行业分享天翼云以 DPU 为核心的新一代计算架构的研究及场景落地。

随着数据量爆发式增长，数据中心规模持续扩大，驱动网络带宽不断升级，以满足当前和未来云端海量数据流需求。在摩尔定律明显放缓的背景下，随着更高带宽的到来，CPU 算力增长速度和数据中心网络传输速率增长速度的差距被逐渐拉大，效率更高的计算芯片成为刚需，DPU 应运而生。

DPU 作为计算负载的引擎，直接效果是给 CPU“减负”，能够提高数据中心的运算效率，减少能耗浪费，进而降低成本，在数字时代具有巨大的商业价值与发展潜力。

天翼云作为国内领先的云服务商，抢跑 DPU 赛道，基于当前 DPU 技术演进路线，结合需求的零散化、动态变化以及对 DPU 产品线上运维问题的考量，以 FPGA+CPU 的架构作为切入点，成功研发出天翼云 DPU1.0 产品，并以 DPU 云核为基础打造了为云而生的全新云计算体系结构。

天翼云 DPU1.0 实现了虚拟化的零损耗，具备高性能、低延迟、低抖动的特性，网络转发性能高达 4000 万 PPS，存储云盘 IOPS 可以达到 60W。此外，天翼云 DPU1.0 还可以将传统运行在主机侧的应用转到 DPU 云核上，减少大量的适配工作，在主机不同算力核和不同架构上做到即插即用。

在天翼云 DPU1.0 产品从研发到落地的过程中，天翼云 DPU 团队在网络、存储及 RDMA 方面进行了丰富的实践。

在网络卸载方面

针对流表数量大、转发性能要求高、对 SoC 和 FPGA 的内存容量需求大、稳定性要求高等挑战，天翼云对 rte_flow 等主要数据结构进行压缩，并对流表空中计算，优化裁剪 offload 卸载路径的多层级缓存，从而支持 4M 流表，实现了内存优化；对所有流表进行合并计算，避免在硬件层执行包重注，使转发效率达到 4000 万 PPS；

基于硬件精确流表特点设计专用老化统计线程，减轻 OVS Revalidator 压力；初步拆分 OVS 的统计和老化事务逻辑，优化硬件流表的老化统计上报实现逻辑，提升软件 OVS Revalidator 执行效率；支持热升级、热迁移及热恢复，做到 B/V/C 全场景的并池，大幅提升稳定性。

在存储卸载方面

针对经常出现的 SoC 异常重启、SPDK 异常重启、热迁移丢 IO 等现象，天翼云从中抽象出共同特性，利用软件协同的思想，将 SoC 侧软件的正常行为和异常行为进行统一，组件启动时统一发送 msg 信息给硬件，硬件收到该 msg 会解析其内容，进而从硬件保存的 queue 指针信息进行分析，在用户无感状态下实现全部异常的统一化处理。

在高性能网络方面

拥塞算法是 RDMA 的核心和关键，为提高 RDMA 网络的性能，天翼云聚焦下一代高效 CC 算法设计，以更好地避免拥塞、保证公平性，实现更快速收敛、更低时延、更简单部署。针对不同应用场景，天翼云设计了 2 套算法 eSurfing-CC：

▎针对智能网卡+商用交换机的组合，提出基于 RTT+CNP 的 2 段式端到端 CC 算法，具有主动拥塞控制、无需依赖交换机的配置、支持快速启动快速收敛等优势；

▎针对智能网卡+可编程交换机的组网场景，在交换机上部署 CC 算法，使交换机同样具备主动拥塞通知能力和主动发包能力，可以有效降低端到端响应时延，同时简化建模和配置复杂度，提高系统的可扩展性。

目前，基于天翼云 DPU 核心技术打造的多款产品已落地应用，以天翼云弹性裸金属服务器为例，该服务器兼具云服务器弹性和物理机性能，通过将网络、存储等功能卸载至 DPU 卡，可极大降低物理机侧 CPU 和内存等资源消耗，最终算力远超普通云主机，现已服务于金融、汽车等多行业企业。

会上，还发布了 2022 SmartNIC&DPU Awards 年度评选结果，天翼云凭借以 DPU 云核为基础打造的全新一代云计算体系结构，荣获匠芯技术奖。该体系结构将计算、存储、网络和安全算力迁移到自研的软硬结合体系中，构建了面向不同算力、全国产化自主可控的第二平面，可实现网络、计算、存储资源云化加速，在 DPU 领域极具创新性。

DPU、CPU、GPU 将成为未来计算市场的三大支柱，DPU 作为计算市场的“芯”生事物，在技术标准和生态方面仍处于早期阶段，具有广阔的发展前景。未来天翼云将持续探索 DPU 技术，不断完善 DPU 产品，助力海量算力高效释放，助推数字经济发展。