最近幾年，“顛覆”、“極致”、“革命性”等概念很容易的出現(xiàn)在科技廠商的發(fā)布會新聞中。而iPhone12的發(fā)布現(xiàn)場，蒂姆庫克就用上了“新紀元”的字眼，標志著iPhone正式地步入了5G時代新紀元。

但國內(nèi)消費者對5G已經(jīng)是見怪不怪了，蘋果自嗨的劃時代產(chǎn)品因為沒有達到市場的預期，當日股價就跌去3800億個小目標，后面就要靠銷量來證明蘋果自己有沒有跨入“新紀元”了。

相比較于關注度高的消費電子領域，本文要把重點放在大多數(shù)人不太熟悉的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)，及其更上游的數(shù)據(jù)中心計算芯片上面。因為我們看到隨著云計算的大規(guī)模普及和AI計算的指數(shù)級增長，數(shù)據(jù)中心被提到前所未有的重要位置。

最近在參加一個有關數(shù)字通信產(chǎn)業(yè)的論壇上，聽到一位中國信通院的專家的觀點是：數(shù)據(jù)中心，將成為和5G技術并肩，下一個數(shù)字技術的制高點。類似的觀點，我們也在英偉達線上2020年GPU技術大會，從黃仁勛那里聽到：數(shù)據(jù)中心已成為全新的計算單元。

黃仁勛之所以有這樣的底氣，就在于這次發(fā)布會上推出了一款全新處理器DPU，以及圍繞該處理器的軟件生態(tài)架構(gòu)DOCA。據(jù)英偉達的介紹，DPU可以和CPU、GPU相結(jié)合，構(gòu)成完全可編程的單一AI計算單元，實現(xiàn)前所未有的安全性和算力支持。

那么，DPU能否真正承擔起與CPU、GPU一樣的計算重要性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的一次巨大革新?其創(chuàng)新點到底在哪里?這些仍然是我們要去回顧和考察的問題。

一、英偉達DPU的過“芯”之處

從英偉達在GTC的介紹上來說，DPU(Data Processing Unit)處理器，其實是一種SoC芯片，其中集成了ARM處理器核、VLIW矢量計算引擎和智能網(wǎng)卡的功能，主要應用在分布式存儲、網(wǎng)絡計算和網(wǎng)絡安全領域。

DPU的主要作用就在于替代了數(shù)據(jù)中心原本用來處理分布式存儲和網(wǎng)絡通信的CPU處理器資源。在DPU之前，智能網(wǎng)卡(SmartNIC)正在網(wǎng)絡安全和網(wǎng)絡互連協(xié)議方面逐漸取代CPU。而現(xiàn)在DPU的出現(xiàn)，相當于是智能網(wǎng)卡的升級替代版本，一方面增強了智能網(wǎng)卡對網(wǎng)絡安全和網(wǎng)絡協(xié)議的處理能力，一方面又整合和加強了分布式存儲的處理能力，從而在這兩個領域更好地替代CPU，從而釋放CPU的算力給到其他更多應用。

英偉達在DPU上的技術突破，來自于去年收購以色列芯片制造公司Mellanox之后，在這家公司的硬件基礎上開發(fā)出BlueFeild系列的兩款DPU——英偉達BlueField-2 DPU與BlueField-2X DPU。

據(jù)介紹，BlueField-2 DPU具有英偉達Mellanox Connext-6 SmartNIC的所有特點，與8個64位的A72ARM處理器內(nèi)核一起，實現(xiàn)可完全編程，并能提供每秒200千兆比特的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而加速關鍵數(shù)據(jù)中心的安全、網(wǎng)絡和存儲任務。

最核心的一點是單個BlueField-2 DPU可以提供相當于消耗125個CPU內(nèi)核所提供的數(shù)據(jù)中心服務，從而有效釋放CPU內(nèi)核的算力資源。

而BlueField-2X DPU則擁有包括BlueField-2 DPU的所有關鍵特性，其特性能夠通過英偉達安培GPU的AI功能得以增強。而在英偉達的路線圖里，未來的Bluefield-4 將會引入CUDA 和 NVIDIA AI，極大加快網(wǎng)絡中計算機視覺應用處理的速度。

另外一個值得注意的是英偉達提出配合DPU處理器的軟件開發(fā)工具包——DOCA(Data-Center-Infrastructure-On-A-Chip Architecture)。英偉達的專家將DOCA類比為數(shù)據(jù)中心服務器領域的CUDA，其意圖在于幫助開發(fā)人員在DPU加速的數(shù)據(jù)中心基礎設施上構(gòu)建相應的應用程序，從而豐富DPU的應用開發(fā)生態(tài)。

從以上介紹我們看出英偉達的兩個野心，一個是DPU試圖再一次復制“GPU替代顯示加速卡成為通用顯示芯片的路徑”，再一個是DOCA試圖再一次復制“CUDA在GPU通用化過程中所起到的開創(chuàng)生態(tài)之功”。

如果和不久前英偉達收購ARM的消息結(jié)合起來，我們看到英偉達的一個重要考量，就是以ARM架構(gòu)的CPU為核心，從服務器的應用加速擴展到服務器的全部應用場景，從而實現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心服務器領域的更大突破，目標自然是劍指英特爾CPU為代表的X86服務器生態(tài)。

而在考察DPU挑戰(zhàn)CPU霸主地位的可能性之前，我們可以簡單來了解下英偉達在數(shù)據(jù)中心的布局。

二、英偉達的數(shù)據(jù)中心“野心”

在經(jīng)歷過游戲顯卡業(yè)務的增速放緩，以及加密貨幣退潮后帶來的顯著業(yè)績下滑的影響之后，幾經(jīng)波折的英偉達終于堅定地將未來押注在了AI計算和數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)業(yè)布局上面。

2017年，英偉達的數(shù)據(jù)中心業(yè)務季度營收首次超過了5億美元，同比增長了109%，這使得黃仁勛在一次大會上大力肯定了數(shù)據(jù)中心業(yè)務的價值。

英偉達早在2008年，最初就是通過最早的Tesla GPU加速器和初級的CUDA編程環(huán)境來為數(shù)據(jù)中心進行GPU計算，試圖將更多的并行計算從CPU卸載到GPU上。這成為英偉達GPU之后進化之路的一條長期策略。

此后隨著AI計算需求在數(shù)據(jù)中心當中的爆發(fā)式增長，AI硬件正成為越來越多數(shù)據(jù)中心擴容建設的關鍵所在。當超強AI算力成為數(shù)據(jù)中心的剛需，英偉達GPU憑借強大的并行計算和浮點能力，突破了深度學習的算力瓶頸，成為AI硬件的首選。這一契機才使得英偉達能夠在數(shù)據(jù)中心的硬件版圖上站穩(wěn)腳跟，當然，英偉達的野心遠不止于此。

英偉達最主要的布局就在于2019年3月，花費69億美元收購了以色列芯片公司Mellanox，而這家公司所擅長的正是為服務器、存儲和超融合基礎設施提供包括以太網(wǎng)交換機、芯片和InfiniBand智能互連解決方案在內(nèi)的大量的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品。而英偉達的GPU與Mellanox的互連技術結(jié)合，可以使得數(shù)據(jù)中心工作負載將在整個計算、網(wǎng)絡和存儲堆棧中得以優(yōu)化，并能實現(xiàn)更高的性能、更高的利用率和更低的運營成本。

當時，黃仁勛把Mellanox的技術看作是公司的“X因素”，也就是把數(shù)據(jù)中心改造成一個可以解決高性能計算要求的大型處理器架構(gòu)。而如今我們看到DPU的出現(xiàn)，已經(jīng)是具有這一架構(gòu)雛形的一種嘗試了。

今年，英偉達花費400億美金的天價從軟銀手中收購半導體設計公司ARM，其意圖之一就是要把ARM架構(gòu)的CPU設計應用到英偉達所要搭建的未來計算模式中，主要布局的領域就有超算、自動駕駛和邊緣計算模式。其中，基于英偉達GPU的AI運算平臺與ARM的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合，將不僅能夠強化英偉達高性能運算(HPC)技術能力，又可以帶動英偉達數(shù)據(jù)中心業(yè)務營收持續(xù)創(chuàng)高。

可以說，英偉達在數(shù)據(jù)中心領域的成功與否，都與能否實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的規(guī)?；\算有關，從發(fā)展自研的DGX系列服務器到整合Mellanox的技術，再到借助ARM生態(tài)發(fā)展全新的數(shù)據(jù)中心計算架構(gòu)，都是為轉(zhuǎn)型數(shù)據(jù)中心業(yè)務所作的準備。

當然，想要實現(xiàn)這一目標，還要看下英特爾是否答應了。

三、英偉達挑戰(zhàn)英特爾，距離還有多遠

目前來說，數(shù)據(jù)中心當中，95%左右的GPU仍然還是連接到x86 的CPU之上，英偉達如果單純只是做GPU的增量，仍然無法撼動英特爾在數(shù)據(jù)中心服務器的霸主地位?，F(xiàn)在，英偉達顯然已經(jīng)不滿足于抓住增量市場，而是更希望能切入數(shù)據(jù)中心的存量市場，即設法用自己的芯片產(chǎn)品去取代英特爾(以及AMD)主導的X86 CPU。

自從英偉達開始收購ARM，外界能夠看到英偉達已經(jīng)多次顯示出其試圖利用ARM處理器進一步占領數(shù)據(jù)中心服務器市場的決心，而集成了ARM核心的DPU將成為其打入數(shù)據(jù)中心存量市場取代X86 CPU的第一個切入點。

英偉達推出DPU來切入這個市場，而非直接用ARM核心CPU來與X86 CPU直接競爭，其實是一種比較討巧的做法，相當于用集成了網(wǎng)絡、存儲、安全等任務的下一代CPU產(chǎn)品來達到逐漸替換CPU的目的，即使其中所內(nèi)涵的ARM CPU性能無法對標同一代的X86 CPU，但是整體機由于在DPU SoC上集成了專用的處理加速模塊，因此總體性能一定是超過X86 CPU的。這種有點“田忌賽馬”味道的策略，很可能成為英偉達開始替代低端X86 CPU的開始。

但是英偉達想要在中高端處理器市場來挑戰(zhàn)英特爾，還要面臨一系列的困難。

首先，正是英偉達的GPU與X86 CPU已經(jīng)形成一種非常穩(wěn)定的強互補關系。英偉達想要采用基于ARM架構(gòu)的處理器做高端服務器，還需要ARM處理器性能出現(xiàn)大幅的提升，而現(xiàn)在，這一進程并不明朗。

再一個是英特爾早已為應對英偉達的種種挑戰(zhàn)進行了相應的回應和布局。早在2017年，英特爾就宣布要開發(fā)全棧的GPU產(chǎn)品組合，而預計明年英特爾的首批GPU將在使用GPU的各個市場上發(fā)布。

為阻擊英偉達在AI計算和自動駕駛領域的擴張，英特爾也先后收購了收購了Nervana和Movidius作為邊緣AI計算的布局，收購了Mobileye作為自動駕駛的布局。并且，英特爾還在2018年宣布，將開發(fā)一個用于異構(gòu)計算的全棧開放軟件生態(tài)系統(tǒng)OpenAPI計劃，來應對CUDA生態(tài)的擴張。也就是說，英特爾不僅在英偉達的后院搞事情，同時也在建立自身的X86服務器的生態(tài)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心業(yè)務對于英特爾來說，也正在成為其最核心的業(yè)務組成。2019年Q4英特爾的數(shù)據(jù)中心業(yè)務超越PC業(yè)務，成為其收入的主要來源;而在今年，英特爾對其技術組織和執(zhí)行團隊的重組，也被外界視為全面轉(zhuǎn)型數(shù)據(jù)中心業(yè)務的開始。

可以想見在未來的數(shù)據(jù)中心處理器業(yè)務上，英偉達將迎來英特爾最為強勁的保衛(wèi)戰(zhàn)和反擊戰(zhàn)，而廣大的服務器集成商或?qū)⒊蔀檫@場角力賽的受益方。

螳螂捕蟬，黃雀在后，英偉達還要面對ADM這一新對手的追趕。不久前ADM曝出要花費300億美金收購賽靈思，就被看作是叫板英特爾，阻擊英偉達的雙戰(zhàn)略。

除此之外，英偉達還要在數(shù)據(jù)中心處理器業(yè)務中面臨來自客戶自研芯片的挑戰(zhàn)。云服務商本身也不愿意完全將自身的計算核心完全交給英偉達，無論是AWS、還是谷歌、阿里巴巴、華為，都已經(jīng)在布局自己的云端處理器。

不管怎么說，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為英特爾、英偉達、AMD這些老牌芯片巨頭未來爭奪的主戰(zhàn)場，而英偉達如何能夠在X86的如日中天和云計算客戶的自研路線中，找到一個切入到中高端服務器處理器的關鍵點，剛剛發(fā)布的DPU也只能算作一個初步的嘗試。

未來數(shù)據(jù)中心的博弈，將圍繞AI、超算等所有領域全面展開，英偉達數(shù)據(jù)中心在強敵夾擊中必定任重而道遠。