واحدهای پردازش داده یا DPU ها به عنوان یک ستون محاسباتی جدید در چشم انداز همیشه در حال تحول محاسبات مدرن ظهور کرده اند که قبل از آن واحدهای پردازش مرکزی (CPU) و واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) قرار دارند.
DPU ها با CPU و GPU کار می کنند تا قدرت محاسباتی و مدیریت حجم کاری داده های مدرن را افزایش دهند. بازار DPU به لطف افزایش تقاضا برای هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی، یادگیری عمیق، اینترنت اشیا، 5G و معماری های ابری پیچیده به طور پیوسته مورد توجه قرار گرفته است. اگر تیم شما در پروژه هایی که شامل محاسبات پیشرفته است درگیر هستند، به احتمال زیاد می توانید از ترکیب DPU ها در معماری مرکز داده خود بهره مند شوید.
در این مقاله، درک اساسی از چیستی DPU، نحوه عملکرد DPUها، مزایای DPU، نحوه انتخاب فروشنده DPU مناسب و سوالات متداول خواهید داشت.
DPU چیست؟
DPU یا واحد پردازش داده، یک پردازنده قابل برنامه ریزی است که برای مدیریت کارآمد بارهای کاری داده محور مانند انتقال داده، کاهش، امنیت، فشرده سازی، تجزیه و تحلیل و رمزگذاری در مقیاس در مراکز داده طراحی شده است.
عملکرد و مزایای DPU چیست؟
DPUها به دلیل توانایی آنها در بهبود کارایی و عملکرد مراکز داده با تخلیه بارهای کاری از CPU، به سرعت در حال تبدیل شدن به یک جزء ضروری در محاسبات مدرن هستند. (برای تفاوت بین CPU، GPU و DPU، بخش پرسش و پاسخ زیر را ببینید.)
DPU ها با انجام وظایف اصلی زیر مزایای بسیاری را در مراکز داده مدرن ارائه می دهند:
- افزایش قدرت پردازش: DPU ها بارهای کاری شبکه و ارتباطات را از CPU تخلیه می کنند و منابع را برای پردازش برنامه آزاد می کنند.
- افزایش کارایی و عملکرد: با ترکیب هسته‌های پردازشی با بلوک‌های شتاب‌دهنده سخت‌افزاری برای مدیریت بارهای کاری داده‌محور در مقیاس، DPUها عملکرد را بهبود می‌بخشند و تأخیر را کاهش می‌دهند.
- توانایی انجام وظایف پیچیده: DPU ها برای پردازش بارهای کاری فشرده در مراکز داده در مقیاس بزرگ طراحی شده اند که از محیط های ابری یا ابررایانه هایی که هوش مصنوعی، الگوریتم های یادگیری عمیق و سایر برنامه های کاربردی فشرده داده را هدایت می کنند، پشتیبانی می کنند.
- توانایی پاسخگویی به نیازهای روزافزون مرکز داده: DPU ها را می توان برای تطبیق حجم و پیچیدگی افزایش حجم کار، با افزایش و فشرده شدن نیازهای مرکز داده، مقیاس بندی کرد. علاوه بر این، DPU ها را می توان به زیرساخت سخت افزاری موجود اضافه کرد که امکان ایجاد یک معماری مرکز داده انعطاف پذیر و سازگار را فراهم می کند.
- قابلیت اطمینان و در دسترس بودن بهبود یافته: DPU ها می توانند قابلیت اطمینان بهبود یافته را از طریق ویژگی هایی مانند افزونگی و در دسترس بودن بالا فراهم کنند و از تداوم وظایف پردازش داده های حیاتی در صورت خرابی سخت افزار اطمینان حاصل کنند.
- کاهش هزینه ها: DPU ها می توانند هزینه های کلی سخت افزار مربوط به مدیریت یک مرکز داده را با بارگیری وظایف پردازشی از CPU و انجام وظایف پیچیده کاهش دهند، در نتیجه به قطعات سخت افزاری کمتری نیاز دارند.
DPU ها چه ویژگی هایی دارند؟
DPU ها دارای چندین ویژگی هستند، از جمله:
- اتصال شبکه پر سرعت
- پردازش بسته با سرعت بالا
- شتاب دهنده ها
- پردازش چند هسته ای
- کنترل کننده های حافظه
- پشتیبانی از PCI Express Gen 4
- ویژگی های امنیتی مانند رمزگذاری، فایروال و VPN (شبکه خصوصی مجازی)
ارائه دهندگان DPU از فناوری ها و مواد مختلفی در محصولات خود بسته به نیاز مشتری سازمانی استفاده می کنند. سه نوع اصلی از DPU وجود دارد: مبتنی بر SOC، مبتنی بر ASIC و مبتنی بر FPGA. هر کدام برای یک برنامه خاص یا سیستم مشتری طراحی شده اند.
چگونه فروشنده DPU مناسب را برای نیازهای خود انتخاب کنید
فروشندگان کلیدی در بازار DPU عبارتند از NVIDIA، مارول، قابل تعویض (خرید شده توسط مایکروسافت)، Broadcom، اینتل، Resnics و AMD Pensando. انتظار می رود این لیست با ورود فروشندگان جدید DPU به فضایی برای مقابله با نیازهای در حال تحول سریع بارهای کاری پیشرفته داده محور رشد کند. فضای DPU وعده می دهد که در سال های آینده میدان نبرد شدیدی برای غول های فناوری و سازندگان تراشه باشد.
انتخاب فروشنده DPU مناسب برای نیازهای شما مستلزم در نظر گرفتن چندین بعد است، از جمله:
- سازگاری: آیا سخت‌افزار و نرم‌افزار فروشنده DPU با زیرساخت‌های موجود شما سازگار است و از این طریق حداقل اختلال را در عملیات روزانه تضمین می‌کند یا بدون آن؟
- الزامات بار کاری: آیا DPU می تواند پوشش کافی برای نیازهای بار کاری سازمان شما را هم در پیچیدگی و هم در حجم ارائه دهد؟
- سهولت ادغام: آیا DPU به طور یکپارچه در زیرساخت و پشته نرم افزار شما در یک جدول زمانی که برای سازمان شما کار می کند ادغام می شود؟
- امنیت: آیا فروشنده DPU می‌تواند ویژگی‌های امنیتی قوی مانند رمزگذاری، راه‌اندازی امن، به‌روزرسانی‌های سیستم عامل امن و سایر الزامات امنیتی مورد نیاز سازمان شما را ارائه دهد؟
- پشتیبانی فنی و خدمات: آیا اسناد، تیم پشتیبانی، آموزش و نگهداری فروشنده برای اندازه و تخصص سازمان شما مناسب است؟
- شهرت فروشنده: آیا فروشنده DPU دارای سابقه ثابتی از قابلیت اطمینان و رضایت مشتری است؟
- هزینه: آیا گزینه های صدور مجوز و قیمت گذاری فروشنده DPU با نیازهای بودجه و الزامات فنی شما مطابقت دارد؟
سوالات متداول
تفاوت بین DPU، CPU و GPU چیست؟
- تابع: یک DPU (واحد پردازش داده)، CPU (واحد پردازش مرکزی) و GPU (واحد پردازش گرافیکی) همه پردازنده‌های محاسباتی هستند که هر کدام عملکرد متفاوتی را انجام می‌دهند. CPU پردازنده اصلی مسئول عملکرد کلی یک سیستم کامپیوتری است که به عنوان “مغز” یک کامپیوتر عمل می کند. GPU یک پردازنده تخصصی برای کارهای محاسباتی گرافیکی، مانند رندر کردن تصاویر یا فیلم های سه بعدی است. DPU جدیدترین پردازنده است که در بارهای کاری داده محور مانند شبکه، ذخیره سازی و عملیات امنیتی در مراکز داده تخصص دارد.
- معماری: پردازنده‌ها از چند هسته پردازشی قدرتمند تشکیل شده‌اند که برای پردازش سریال یا متوالی بهینه‌سازی شده‌اند، یعنی کارها یکی پس از دیگری. پردازنده‌های گرافیکی دارای تعداد زیادی هسته ساده‌تر هستند که برای پردازش موازی بهینه‌سازی شده‌اند، یعنی وظایف همزمان. DPU ها هسته های پردازشی، بلوک های شتاب دهنده سخت افزاری و یک رابط شبکه با کارایی بالا را برای پردازش وظایف داده محور در مقیاس ترکیب می کنند.
- موارد استفاده نمونه: CPU ها تقریباً در هر دستگاه رایانه ای، از تلفن های هوشمند گرفته تا رایانه ها و سرورها استفاده می شوند. پردازنده‌های گرافیکی اغلب در رایانه‌های شخصی بازی استفاده می‌شوند. DPU ها عمدتاً در مراکز داده استفاده می شوند.
چگونه می توان از یک DPU برای بهبود زیرساخت مرکز داده استفاده کرد؟
یک DPU را می توان برای بهبود زیرساخت مرکز داده با افزایش کارایی، افزایش سرعت پردازش داده ها و کاهش بار کاری روی CPU ها استفاده کرد که منجر به پردازش سریعتر و مطمئن تر داده می شود.
برای استفاده از DPU چه سخت افزاری لازم است؟
برای استفاده از DPU، سرور یا دستگاه شبکه باید یک اسلات PCIe سازگار برای کارت DPU داشته باشد. این سخت افزار همچنین باید دارای سیستم عامل و درایورهای سازگار، حافظه کافی برای عملکرد صحیح DPU و قدرت و خنک کننده قابل اعتماد باشد.
یک DPU چه نوع بار کاری را می تواند تحمل کند؟
یک DPU با رسیدگی به نیازهای پردازش داده در مقیاس بزرگ، بارهای کاری شبکه و ارتباط را از CPU تخلیه می کند. چنین حجم کاری داده محور از تجزیه و تحلیل داده، انتقال، کاهش، امنیت، فشرده سازی، تجزیه و تحلیل، فشرده سازی و رمزگذاری متغیر است. DPU ها برای شبکه های ذخیره سازی ایده آل هستند. کاربردهای عملی ممکن است شامل هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، تجزیه و تحلیل و پردازش داده های بزرگ، رمزگذاری و پخش ویدئو، پردازش ترافیک شبکه و امنیت، و شتاب I/O ذخیره سازی باشد.
چه نوع موتورهای شتاب داده برای DPU ها موجود است؟
موتورهای شتاب داده موجود برای DPUها شامل رمزگذاری/رمزگشایی، فشرده سازی/فشرده سازی، کاهش داده، استنتاج AI/ML و شبکه می باشد. این مهندسان شتاب داده انواع خاصی از بارهای کاری را از CPU تخلیه می کنند تا کارایی، عملکرد و امنیت را بهبود بخشند.
آینده واحد پردازش داده چگونه است؟
معماری محاسبات همچنان به تکامل خود ادامه خواهد داد زیرا تقاضا برای برنامه های کاربردی داده فشرده همچنان در حال افزایش است و در نتیجه به پردازش داده های سریع تر، کارآمدتر و ایمن تر نیاز دارد. طبق گزارش Allied Market Research، پیش‌بینی می‌شود که بازار واحد پردازش داده جهانی تا سال 2031 به 5.5 میلیارد دلار برسد که با رشد CAGR 26.9 درصدی از سال 2022 تا 2031. به این ترتیب، DPU احتمالاً امروز از یک جزء اختیاری به یک استاندارد صنعتی ضروری در نسل بعدی محاسبات.