وحدات معالجة البيانات برزت (وحدات DPU) كخيار نشر مهم لمراكز البيانات التي تقوم بتشغيل أعباء عمل ثقيلة تركز على البيانات مثل الذكاء الاصطناعي (AI) ومعالجة التحليلات، ولتسريع إدخال/إخراج التخزين (I/O).
يتم نشر وحدات DPU في الخوادم وهي الأحدث في تطور تفريغ الأجهزة التي تخفف عبء العمل عن وحدات المعالجة المركزية (CPUs)، وتحررها للتركيز على دورات التطبيقات الأساسية وتعزيز الأداء هناك.
وفي الوقت نفسه، يمكن لوحدات DPU التعامل مع نقل البيانات وتقليل البيانات والأمن والتحليلات. وربما يكون من الضروري أيضًا لصعود الاتحاد السياسي الديمقراطي هو المدى الذي يمكن أن يتناسب معه البنية التحتية القابلة للتركيب البنى التي تربط موارد البنية التحتية من مكونات الأجهزة.
وعلى الرغم من أن وحدات DPU هي أحد مكونات الأجهزة الأساسية المتنامية، إلا أنه يتم دمج قدرة DPU في الخدمات السحابية، مثل تلك المقدمة من Amazon Web Services (AWS) وMicrosoft Azure. وكذلك البيئات الأساسية مثل إم وير تمت إعادة هيكلتها للاستفادة من نشر DPU من قبل العملاء.
في هذه المقالة، نلقي نظرة على مصدر وحدات DPU، وما تفعله وحدات DPU وفوائدها، ومواصفاتها الرئيسية، ومن هم موردو DPU الرئيسيون.
من أين أتت وحدات DPU؟
على الرغم من أن فكرة وحدة معالجة البيانات جديدة نسبيًا، إلا أن تطورها يأتي من سلسلة طويلة من بطاقات التفريغ، خاصة في تسريع الشبكة.
بدأ ذلك ببطاقات واجهة الشبكة الأساسية (NIC)، من أجل “إلغاء تحميل بطاقات NIC” التي حرر دورات وحدة المعالجة المركزية أثناء معالجة حركة مرور الشبكة، إلى “بطاقات NIC الذكية” التي أخذت الأمور إلى ما هو أبعد مما يمكن تفريغه وأدخلت عنصرًا من قابلية البرمجة.
وحدات DPU هي تطور من بطاقات NIC الذكية وتوفير قابلية برمجة مرنة كجزء من البنى القابلة للتركيب، بالإضافة إلى زيادة إمكانات التفريغ بما في ذلك شبكات التخزين.
ما هو DPU وما هي فوائده؟
إحدى الطرق المفيدة لتصور وحدات DPU – ووحدات المعالجة الرسومية (GPUs) لهذه المسألة – هي فكرة اللامركزية. وهذا يعني تفريغ المهام التي كان يتم تنفيذها مركزيًا في السابق بواسطة وحدة المعالجة المركزية (CPU) إلى أجهزة تكميلية تستهدف مهام محددة. ومن خلال القيام بذلك، تعوض وحدات DPU عن أوجه القصور في وحدة المعالجة المركزية للخادم في عمليات الحوسبة المرتكزة على البيانات وأحمال عمل نقل البيانات.
لوضع نقطة أكثر دقة على الأشياء، ربما يكون من المفيد تصور مدى توازي كل من متغيرات xPU.
تحتوي وحدات المعالجة المركزية (CPU) على عدد قليل نسبيًا من النوى التي تهدف إلى تشغيل عدد قليل من العمليات في وقت واحد، وتحتوي وحدات معالجة الرسومات على عدد أكبر من النوى ويمكنها التعامل مع المزيد من العمليات، ويتم تصنيع وحدات DPU بالعديد من النوى وتم تصميمها للتعامل مع مجموعات متوازية لا تصدق من أعباء العمل.
في حين أن وحدة معالجة الرسومات مصممة في المقام الأول لتشغيل عمليات حسابية ثقيلة حول عرض الرسومات (على الرغم من أنها أصبحت تستخدم للمزيد)، فإن وحدة معالجة الرسومات تأخذ الأمور خطوة إلى الأمام للتعامل مع المهام كثيفة البيانات، مثل حركة البيانات حول التخزين والشبكات، ولكن أيضًا الذكاء الاصطناعي والتحليلات.
تتكون وحدة DPU عادةً من وحدة معالجة مركزية متعددة النواة وذاكرة ووحدات تحكم ومآخذ PCIe وواجهات نسيجية للشبكات والتخزين. تم تصميم وحدات DPU مع نوى المعالج وكتل تسريع الأجهزة. تأتي وحدات DPU مع نظام التشغيل الخاص بها (OS) الذي يسمح لها بالاندماج مع نظام التشغيل الأساسي وأداء وظائف مثل التشفير وترميز المحو وتقليل البيانات.
يمكن لوحدات DPU الاتصال أصلاً بتخزين NVMe – وNVMe-over-fabrics – لتوفير وصول سريع إلى وحدات تخزين عالية السرعة للغاية. غالبًا ما تأتي أيضًا مع تسريع أصلي لأحمال عمل محددة مثل العملة المشفرة.
ما نوع المواصفات التي تقدمها وحدات DPU؟
يمكن رؤية نوع المواصفات التي ستحصل عليها من وحدة DPU في BlueField 3 من Nvidia، والتي تأتي مع ما يصل إلى 400 جيجابت في الثانية من اتصال Ethernet أو Infiniband، و32 مسارًا من PCIe Gen 5.0، وما يصل إلى 16 نواة لوحدة المعالجة المركزية ARM، و16 نواة في وحدة قابلة للبرمجة. مسرع مسار البيانات، وذاكرة DDR DRAM مدمجة بسعة 32 ميجابايت، وتشفير AES، واتصال NVMe-over-fabrics/over-TCP.
من الذي يصنع وحدات DPU؟
تتوفر أجهزة DPU من الموردين الذين يشملون:
- Intel، التي أعلنت عن Mount Evans DPU – التي تم تطويرها بالاشتراك مع Google – في أغسطس 2021 ولديها خارطة طريق تتضمن المزيد من التكرارات بإيقاع مدته سنتان. أصبح Mount Evans فيما بعد سلسلة E2000، التي تم إطلاقها في عام 2022. ويبدو أن Intel تفضل وحدات معالجة البنية التحتية (IPU) على DPU.
- Nvidia، مع وحدات BlueField 3 و2 DPU، بالإضافة إلى مسرعات GPU/DPU المتقاربة الهجينة الخاصة بالشركة.
- تقوم شركة Marvell بتوريد وحدات DPU الخاصة بها من Octeon وArmada، والتي لديها ميل كبير نحو الاستخدام في تطبيقات الاتصالات.
- AMD مع مسرعات البنية التحتية AMD Pensando.
- قابل للاستبدال – استحوذت عليها مايكروسوفت هذا العام – قدمت وحدة DPU إلى السوق عندما خرجت من التخفي في عام 2020، مع منتجات تهدف إلى الشبكات والتخزين. جاءت عملية شراء Microsoft بعد أن برزت شركة Fungible كشركة رائدة في وحدات DPU ثم واجهت مشاكل مع تعثر التوسع في السوق. أشارت تعليقات السوق في وقت الاستحواذ إلى احتمال قيام Microsoft بدمج Fungible IP في Azure، وبذلك تراقب قدرات DPU الخاصة بـ AWS.
- تشتمل بطاقات Nitro من AWS على العناصر الأساسية للأجهزة والبرامج التي توفر الحوسبة والتخزين والشبكات والذاكرة لخدمات EC2، وتتضمن خيارات DPU. تظهر وحدات DPU أيضًا في AWS Glue، وهي منصة حوسبة بدون خادم للشركة تهدف إلى استخراج أحمال عمل مستودع البيانات وتحويلها وتحميلها (ETL).
