近年來，人工智能、云服務(wù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的興起，對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了前所未有的要求，廣泛的業(yè)務(wù)層需求致使數(shù)據(jù)中心快速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)中心作為進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，正在向高帶寬和新型傳輸體系發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率邁向100Gbps，且未來快速向200Gbps與400Gbps發(fā)展。
越來越多的虛擬機(jī)和容器，時(shí)刻變化的應(yīng)用需求，以及日益受重視的網(wǎng)絡(luò)安全等，給服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)算節(jié)點(diǎn)的CPU帶來了巨大的壓力。在后摩爾定律時(shí)代下，CPU算力增速放緩，相對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)傳輸速率增長(zhǎng)速度的差距逐漸被拉大，需要新的體系結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)算力、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确矫娴男阅?，進(jìn)而催生了智能網(wǎng)卡（SmartNIC）的需求。
相比傳統(tǒng)網(wǎng)卡僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的傳輸、網(wǎng)絡(luò)堆棧算法和協(xié)議。智能網(wǎng)卡作為一種有編程能力的網(wǎng)卡，能夠滿足數(shù)據(jù)平面網(wǎng)絡(luò)處理需求并兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議生態(tài)，進(jìn)而卸載CPU的網(wǎng)絡(luò)處理工作負(fù)載和任務(wù)，在數(shù)據(jù)中心中提供低延時(shí)、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，減少CPU的算力負(fù)擔(dān)，提高整體解決方案的效率。
此外，通過使用智能網(wǎng)卡提高每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，在同等算力下，使用智能網(wǎng)卡所需的服務(wù)器數(shù)量更少，從而降低了服務(wù)器的前期硬件投入成本，物理空間和相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)等配套資源消耗也得到節(jié)省，大大降低了大規(guī)模部署網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的總擁有成本。
智能網(wǎng)卡市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
在各類新興技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)下，全球智能網(wǎng)卡行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模逐步攀升，據(jù)預(yù)測(cè)，智能網(wǎng)卡市場(chǎng)規(guī)模未來將達(dá)百億美元級(jí)別，智能網(wǎng)卡行業(yè)將迎來高速發(fā)展。
國(guó)產(chǎn)智能網(wǎng)卡的困局與破局
當(dāng)前趨勢(shì)下，各大云和服務(wù)器廠商都在迫切尋求基于智能網(wǎng)卡的解決方案，來降低其硬件投入和能耗成本，智能網(wǎng)卡方案逐步成熟。目前行業(yè)領(lǐng)先的廠商包括Broadcom、Intel、Mellanox（被NVIDIA收購）、Xilinx（被AMD收購）、Marvell等。
這些都是國(guó)際領(lǐng)先的智能網(wǎng)卡生產(chǎn)廠商，反觀國(guó)內(nèi)，中國(guó)智能網(wǎng)卡行業(yè)整體較國(guó)際巨頭差距較大，落后原因在于技術(shù)積累不足以及上游EDA和先進(jìn)制程工藝被國(guó)外掌控。雖然智能網(wǎng)卡軟件行業(yè)進(jìn)入門檻較低，但中國(guó)本土企業(yè)創(chuàng)新速度同樣落后于國(guó)際巨頭智能網(wǎng)卡硬件壁壘。同時(shí)，中國(guó)廠商缺乏商用經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，量產(chǎn)存在困難。
在此行業(yè)格局和困局之下，國(guó)內(nèi)廠商也正在力求突破，謀求國(guó)內(nèi)智能網(wǎng)卡行業(yè)發(fā)展的新局面。其中，芯啟源（Corigine）作為本土智能網(wǎng)卡行業(yè)領(lǐng)先者，正在積極布局。芯啟源智能網(wǎng)卡SmartNIC從去年開始已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的智能網(wǎng)絡(luò)核心芯片和系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商，芯啟源可提供國(guó)產(chǎn)、自主可控的核心芯片和高速智能網(wǎng)卡解決方案，打造從芯片到網(wǎng)卡的自主可控國(guó)產(chǎn)化。
據(jù)了解，芯啟源的智能網(wǎng)卡是目前國(guó)內(nèi)唯一基于SoC架構(gòu)的成熟DPU完整解決方案，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)空白，并已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
芯啟源基于可編程SoC的智能網(wǎng)卡（圖源：芯啟源）
該方案采用了業(yè)界領(lǐng)先的NP眾核技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效且靈活的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文處理，具有高性能、低成本、低功耗、高度拓展、可編程性極強(qiáng)等特點(diǎn)。
芯啟源智能網(wǎng)卡優(yōu)勢(shì)一覽（圖源：芯啟源）
從架構(gòu)方面來看，智能網(wǎng)卡可基于ASIC、FPGA和MP（Multi-core，包含SoC-GP、SoC-NP）三類核心處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于不同核心處理器的智能網(wǎng)卡特點(diǎn)各異。
基于ASIC設(shè)計(jì)的智能網(wǎng)卡門檻較高，研發(fā)周期長(zhǎng)（需要兩年左右的開發(fā)周期），中等復(fù)雜度的ASIC前期研發(fā)成本在幾百到兩千萬美元不等，具有高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，但在可編程性方面存在不足；
基于FPGA的智能網(wǎng)卡可提供強(qiáng)大的計(jì)算能力和足夠的靈活性，具有低延遲、高功耗的特點(diǎn)，但該架構(gòu)同樣存在高復(fù)雜性以及開源生態(tài)不完善的劣勢(shì)；
基于MP設(shè)計(jì)的智能網(wǎng)卡既保證了一定的可編程性，又保障了良好的性能。
供應(yīng)商可通過不同處理器組合的技術(shù)路徑，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)突破的產(chǎn)品模式，或?qū)で蟛煌枨簏c(diǎn)之間的平衡。芯啟源智能網(wǎng)卡解決方案基于業(yè)界先進(jìn)的NP眾核技術(shù)架構(gòu)，憑借網(wǎng)絡(luò)處理器芯片內(nèi)部靈活的接口、豐富的硬件模塊，可支持包括CHKSUM、TSO、OVS、eBPF/XDP等硬件卸載，以及片上ARM用于業(yè)務(wù)控制與管理等特性，能夠提供有競(jìng)爭(zhēng)力的智能網(wǎng)卡解決方案，完美的解決ASIC可編程性不足以及GP性能不足的問題，尋求靈活性與性能之間的最佳平衡點(diǎn)。
芯啟源DPU內(nèi)部架構(gòu)圖（圖源：芯啟源）
基于芯啟源DPU的主機(jī)虛擬化方案
芯啟源智能網(wǎng)卡解決方案可提供從芯片、板卡、驅(qū)動(dòng)軟件和全套云網(wǎng)解決方案產(chǎn)品，覆蓋了先進(jìn)的DPU芯片技術(shù)、智能網(wǎng)卡SmartNIC板卡設(shè)計(jì)制造技術(shù)以及協(xié)同云網(wǎng)絡(luò)軟件綁定的生態(tài)化軟件技術(shù)，包括軟件定義網(wǎng)絡(luò)安全、虛擬化技術(shù)和現(xiàn)代化的集群化存儲(chǔ)、負(fù)載均衡技術(shù)，可為國(guó)內(nèi)5G通訊、云數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)安全等應(yīng)用提供極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。
在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算時(shí)代數(shù)據(jù)量和傳輸速度的飛速增長(zhǎng)，以DPU芯片為主的智能網(wǎng)卡，通過靈活的可編程能力加速對(duì)新需求的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)，能大幅提升云數(shù)據(jù)中心性能，并有效節(jié)約服務(wù)成本，必將會(huì)帶來對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)卡的替代趨勢(shì)，有著巨大的市場(chǎng)前景。芯啟源提供業(yè)界領(lǐng)先成熟的DPU編程開發(fā)套件SDK，全面支持P4/C等混合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程。
芯啟源DPU編程開發(fā)SDK
芯啟源完整的智能網(wǎng)卡產(chǎn)品和解決方案的能力，獲得了多家頭部客戶的訂單。其中，中國(guó)移動(dòng)蘇研院的首批智能網(wǎng)卡訂單正是采購的芯啟源的產(chǎn)品，在中移動(dòng)大云系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層面，芯啟源智能網(wǎng)卡通過透明卸載SDN控制器關(guān)鍵云網(wǎng)流表至網(wǎng)卡硬件中加速，可徹底釋放大量被網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)消耗的服務(wù)器CPU和內(nèi)存資源，全面提升中移動(dòng)云機(jī)虛擬化效率。目前雙方已成立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，將共同推進(jìn)下一代智能網(wǎng)卡的開發(fā)。
浪潮之下，DPU行業(yè)格局生變
另一方面，再來看看DPU芯片，DPU是 Data Processing Unit（數(shù)據(jù)處理單元）的簡(jiǎn)稱，是最新發(fā)展起來的專用處理器的一個(gè)大類，為高帶寬、低延遲、數(shù)據(jù)密集的計(jì)算場(chǎng)景提供計(jì)算引擎。算力經(jīng)濟(jì)下，DPU快速發(fā)展，有望成為繼CPU、GPU之后，數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景中的第三大算力支柱。
可以理解為，DPU正是為處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)而生，DPU的出現(xiàn)有效緩解了CPU的壓力，基于DPU的智能網(wǎng)卡將成為云數(shù)據(jù)中心設(shè)備中的核心網(wǎng)絡(luò)部件，逐漸承擔(dān)所有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理、分發(fā)的重任，從而從根本上實(shí)現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的諸多優(yōu)勢(shì)，有效降低云計(jì)算的性能損失，釋放CPU算力，降低功耗的同時(shí)大大減少云數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本。
DPU工作原理（網(wǎng)絡(luò)傳輸運(yùn)算）與傳統(tǒng)網(wǎng)卡工作原理對(duì)比（圖源：頭豹研究院）
頭豹研究院數(shù)據(jù)指出，中國(guó)DPU市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)周期與數(shù)據(jù)中心升級(jí)周期契合，通常數(shù)據(jù)中心帶寬升級(jí)周期在3年左右，中國(guó)將在2023-2025年進(jìn)入下一輪服務(wù)器設(shè)備以及DPU更換周期，DPU市場(chǎng)規(guī)模將有明顯的增幅。預(yù)計(jì)到2025年，中國(guó)DPU市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)接近40億美元。
中國(guó)DPU市場(chǎng)規(guī)模，2020-2025年預(yù)測(cè)（圖源：頭豹研究院）
然而，由于DPU的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)難度大，研發(fā)周期較長(zhǎng)等原因，產(chǎn)品供應(yīng)長(zhǎng)期被國(guó)外企業(yè)壟斷。2020年中國(guó)DPU市場(chǎng)產(chǎn)品主要由NVIDIA、Intel、Broadcom與Marvell等企業(yè)提供。從國(guó)內(nèi)廠商角度來說，目前我國(guó)在DPU領(lǐng)域還處于起步階段，與國(guó)外先進(jìn)水平存在一定差距。
但隨著中國(guó)企業(yè)軟、硬件實(shí)力增強(qiáng)以及軟、硬解耦的趨勢(shì)發(fā)展，中國(guó)DPU產(chǎn)業(yè)涌現(xiàn)出一批本土企業(yè)。其中，作為唯一的國(guó)產(chǎn)智能網(wǎng)卡提供商，芯啟源有著國(guó)際領(lǐng)先的DPU核心芯片技術(shù)，憑借優(yōu)異的產(chǎn)品性能和生態(tài)布局，國(guó)際巨頭把控市場(chǎng)的局面將有望被打破，市場(chǎng)迎來新的變局。
針對(duì)DPU市場(chǎng)的現(xiàn)有格局，頭豹研究院認(rèn)為，如果前期資本充足的情況下，初創(chuàng)DPU團(tuán)隊(duì)可自主研發(fā)處理器微架構(gòu)，該類企業(yè)或?qū)⒊蔀橥苿?dòng)DPU國(guó)產(chǎn)替代的主力。同時(shí)，中國(guó)本土供應(yīng)商搶占市場(chǎng)份額路線還包括降本獲客、從定制化走向標(biāo)準(zhǔn)化等方式：（1）降本獲客：通過低成本采購方案、讓利等方式爭(zhēng)取優(yōu)質(zhì)客戶資源；（2）從定制化走向標(biāo)準(zhǔn)化：中級(jí)軟件服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化+高級(jí)軟件維持定制化，滲透應(yīng)用場(chǎng)景。
當(dāng)前，芯啟源正在從自研中高級(jí)軟件，外購處理器和網(wǎng)絡(luò)芯片的輕資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式，向自研網(wǎng)絡(luò)芯片+中高級(jí)軟件的模式進(jìn)行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，利用基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)芯片產(chǎn)線，配合軟件服務(wù)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收，處理器搭載方面，以靈活適配的特點(diǎn)為賣點(diǎn)，差異化技術(shù)路徑滿足用戶和市場(chǎng)需求
縱觀行業(yè)態(tài)勢(shì)能夠發(fā)現(xiàn)，收并購擴(kuò)充產(chǎn)線是DPU頭部供應(yīng)商鞏固現(xiàn)有市場(chǎng)地位的慣用手段。本土初創(chuàng)企業(yè)難以通過相同技術(shù)與產(chǎn)品來顛覆頭部企業(yè)的市場(chǎng)地位，只有結(jié)合商業(yè)模式以及邏輯上的創(chuàng)新才有機(jī)會(huì)突破頭部企業(yè)的封鎖。
匯集了全球頂尖人才，擁有清晰的產(chǎn)品、技術(shù)路徑規(guī)劃和市場(chǎng)策略規(guī)劃的芯啟源，有望成為DPU賽道的引領(lǐng)者。
Mimicpro——開啟高端EDA國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程
智能網(wǎng)卡和DPU芯片業(yè)務(wù)之外，芯啟源在高端EDA領(lǐng)域也頗有建樹。
回顧半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程，中國(guó)的 IC 設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前國(guó)內(nèi)有超過兩千家 Fabless 設(shè)計(jì)公司，但是EDA公司數(shù)目始終徘徊在個(gè)位數(shù)，而在高端EDA領(lǐng)域一直以來國(guó)內(nèi)公司只能依靠國(guó)外的產(chǎn)品和技術(shù)，這讓國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步甚至企業(yè)發(fā)展都受到了很大的限制。
為了更好地提升IC設(shè)計(jì)客戶的仿真與驗(yàn)證效率，洞察這一趨勢(shì)的芯啟源公司在高端EDA領(lǐng)域推出了自主研發(fā)的SoC原型和仿真系統(tǒng)MimicPro產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)方面今年6月已經(jīng)正式量產(chǎn)并供貨。
芯啟源SoC原型和仿真系統(tǒng)MimicPro
芯啟源MimicPro產(chǎn)品作為一款為ASIC/SoC設(shè)計(jì)者提供高性能、高容量、高可擴(kuò)展性的基于FPGA的原型驗(yàn)證平臺(tái)，在軟硬件結(jié)合的架構(gòu)上進(jìn)行了充分考慮和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了軟硬件一體化的解決方案，將為芯片設(shè)計(jì)公司提供成本更低、運(yùn)算更快的仿真EDA解決方案，加速設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)驗(yàn)證過程，提高流片成功率。
除了提供高可靠性的硬件平臺(tái)外，芯啟源MimicPro產(chǎn)品還具有系統(tǒng)級(jí)的Auto Partition（自動(dòng)分區(qū)）、Built-in Memory analyzer（內(nèi)置內(nèi)存分析儀）、Local Debug（現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試糾錯(cuò)）和Fault injection（故障注入）等功能，可以更快地定位和消除故障，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能。另外，芯啟源獲國(guó)際認(rèn)證的USB IP等技術(shù)的加持，也將對(duì)于用戶降低成本和提高驗(yàn)證效率提供更大的幫助。
芯啟源的MimicPro產(chǎn)品是目前國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的原型驗(yàn)證和仿真系統(tǒng)，已經(jīng)贏得了多個(gè)國(guó)內(nèi)外芯片設(shè)計(jì)頭部客戶的采購訂單。贏得信賴的背后，是芯啟源頂尖研發(fā)團(tuán)隊(duì)和全球化戰(zhàn)略的支撐。
回顧芯啟源MimicPro的研發(fā)歷程，負(fù)責(zé)系統(tǒng)研發(fā)的副總裁Mike Shei表示：“在過去的20多年工作中，我和團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了第一代和第二代EDA工具的研發(fā)，目前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的MimicPro是我們研發(fā)的第三代EDA工具。MimicPro項(xiàng)目從2018年1月開始立項(xiàng)，短短3年多的時(shí)間里，研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了Partition測(cè)試、Runtime研發(fā)，并在2020年10月啟動(dòng)了32-FPGA項(xiàng)目，1000多個(gè)日夜，來自美國(guó)硅谷、中國(guó)上海和南京的芯啟源軟硬件研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊密配合，發(fā)揮全球化資源配置的優(yōu)勢(shì)，在首批MimicPro量產(chǎn)項(xiàng)目中打了一場(chǎng)成功的攻堅(jiān)戰(zhàn)，完成了MimicPro的全部調(diào)測(cè)和評(píng)估，成功交付給客戶使用?！?/p>
隨著芯啟源MimicPro產(chǎn)品的交付，也正式打響了高端EDA領(lǐng)域SoC原型和仿真系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的第一炮。據(jù)了解，芯啟源目前推向市場(chǎng)的MimicPro原型驗(yàn)證與仿真系統(tǒng)，分為1塊、4塊FPGA ，而有消息披露，芯啟源下一代擁有32塊FPGA的MimicPro產(chǎn)品也將在今年下半年正式發(fā)布。
寫在最后
芯啟源成立于2015年，芯啟源憑借一支在芯片領(lǐng)域深耕了20多年的成熟團(tuán)隊(duì)，“瞄準(zhǔn)”正在高度增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)通訊相關(guān)領(lǐng)域，圍繞5G、云數(shù)據(jù)中心以及云計(jì)算等行業(yè)“攻城略地”。
在短短五年多的時(shí)間里，已先后成功研發(fā)了智能網(wǎng)卡、SoC原型和仿真系統(tǒng)MimicPro、USB3.x IP、網(wǎng)絡(luò)搜索引擎TCAM芯片等四款產(chǎn)品，引領(lǐng)了國(guó)內(nèi)在這幾個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展新局面，并贏得了大批國(guó)內(nèi)外一流客戶的訂單，助力本土產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)突圍。
假以時(shí)日，期待芯啟源能帶來更多的驚喜。
