DPU : L'un des trois piliers de l'informatique du futur

À mesure que le secteur informatique évolue, l'émergence des unités de traitement de données (DPU) redessine l'avenir des centres de données et des architectures informatiques. Dans cet article, nous examinons l'importance et le rôle des DPU dans ce domaine et les comparons aux unités centrales de traitement (CPU) et aux unités de traitement graphique (GPU) traditionnelles.

Qu'est-ce que le DPU ?

Une unité de traitement des données (DPU) est un accélérateur matériel spécialisé conçu pour gérer les tâches de réseau, de stockage et de calcul dans les centres de données, qui rejoindront les CPU et les GPU comme l'un des trois piliers de l'informatique. En tant que nouveau type de processeur programmable, le DPU combine trois éléments essentiels et est un système sur puce (SoC), qui combine :

Un traitement puissant

: Le DPU englobe un processeur multicœur standard, à hautes performances, programmable par logiciel, étroitement intégré à d'autres composants du SoC, en s'appuyant sur l'architecture Arm largement adoptée.

Transfert de données ultrarapide

: Grâce à son interface réseau haute performance, le DPU excelle dans l'analyse, le traitement et le transfert de données à la vitesse du réseau, ou à la vitesse du reste du réseau, vers les GPU et les CPU.

Accélération polyvalente

: Dotés d'un vaste ensemble de moteurs d'accélération flexibles et programmables, ces moteurs déchargent et améliorent les performances des applications dans les domaines de l'HPC, de l'apprentissage automatique, de la sécurité zéro confiance, des télécommunications, du stockage, et bien plus encore.

CPU vs GPU vs DPU : Quelle sont les différences ?

La plupart du public connaît probablement déjà l'unité centrale de traitement (CPU ). Flexibles et réactives, les unités centrales ont été pendant de nombreuses années le seul élément programmable de la plupart des ordinateurs. Plus récemment, les GPU ont pris de l'importance. Utilisés à l'origine pour le graphisme en temps réel, ils sont aujourd'hui essentiels pour l'HPC, l'apprentissage en profondeur et l'analyse des données massives (big data). Au cours de la dernière décennie, l'informatique s'est étendue au-delà des PC et des serveurs, les DPU devenant le troisième membre du modèle de calcul accéléré centré sur les données. Il existe des différences de fonction, de conception et d'application entre le CPU, le GPU et le DPU.

Fonctionnalité et utilisation : Le CPU est adapté à diverses tâches informatiques générales, le GPU est destiné au calcul accéléré et le DPU, qui déplace les données dans le centre de données, effectue le traitement des données

Conception et architecture : L'unité centrale de traitement utilise une architecture complexe de processeur polyvalent, offrant une plus grande flexibilité et une meilleure programmabilité. Le processeur graphique adopte une architecture hautement parallèle utilisée pour accélérer le traitement graphique et les tâches de calcul intensif, mais sa flexibilité en matière de calcul général est relativement plus faible. La conception du DPU se concentre principalement sur le traitement des données et l'accélération des fonctions de réseau, intégrant divers accélérateurs matériels et des fonctions d'optimisation pour fournir des solutions de traitement des données à haute performance et à faible latence.

Domaines d'application : Le CPU est largement utilisé dans les ordinateurs de bureau, les serveurs et les appareils mobiles. Le GPU est principalement utilisé dans des domaines tels que le rendement graphique, les jeux, le calcul scientifique et l'apprentissage automatique, et convient aux tâches nécessitant un calcul parallèle à grande échelle. Le DPU est principalement utilisé dans les centres de données et les appareils de réseau pour accélérer des tâches telles que le traitement des paquets, la gestion du trafic et le cryptage sécurisé, fournissant un traitement des données à haute performance et une accélération des fonctions de réseau.

	CPU	GPU	DPU
Fonctionnalité et utilisation	Diverses tâches informatiques courantes	Calcul accéléré	Déplacer les données au sein du centre de données
Conception et architecture	Architecture complexe du processeur	Architecture hautement parallèle	Intégration d'accélérateurs matériels
Domaines d'application	Ordinateurs de bureau, serveurs, appareils mobiles	Calcul parallèle à grande échelle	Centres de données et dispositifs de réseau

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DPUs intégrés dans les SmartNICs

Le DPU peut fonctionner comme un processeur embarqué autonome. Cependant, il est le plus souvent intégré dans un SmartNIC, un contrôleur d'interface réseau qui est un composant essentiel d'un serveur de nouvelle génération.

D'autres appareils se présentant comme des DPU sont dépourvus de composants essentiels parmi les trois éléments cruciaux mentionnés ci-dessus, à savoir un traitement puissant, un transfert de données ultrarapide et une accélération polyvalente.

Par exemple, certains fournisseurs emploient des CPU propriétaires qui ne tirent pas parti de la vaste infrastructure de développement et d'application de l'écosystème des CPU Arm. D'autres proclament avoir des DPU mais commettent l'erreur de s'appuyer uniquement sur le CPU intégré pour le traitement de l'acheminement des données.

Dix capacités d'accélération et matériel du DPU

Qu'est-ce qu'un véritable DPU ? En règle générale, les moteurs d'accélération des voies de données du réseau doivent être capables d'offrir dix fonctionnalités :

Mise en œuvre de l'OVS par l'analyse, la mise en correspondance et la manipulation des paquets de données.

Accélération du transport de données RDMA pour Zero Touch RoCE.

Les accélérateurs GPU Direct permettent d'alimenter directement les GPU en données en réseau, en contournant le CPU.

Accélération TCP avec des fonctionnalités telles que RSS, LRO et checksum.

Virtualisation du réseau pour VXLAN, Geneve overlays et VTEP offload.

Accélérateur de mise en forme du trafic pour les réseaux de diffusion multimédia et de distribution de contenu.

Accélérateurs de synchronisation de précision pour les capacités RAN et 5G des télécoms.

Accélération cryptographique pour IPSEC et TLS en ligne.

Support de virtualisation pour SR-IOV, VirtIO, et para-virtualisation.

Isolation sécurisée avec racine de confiance, démarrage sécurisé, mises à niveau du micrologiciel, conteneurs authentifiés et gestion du cycle de vie des applications.

Certains DPU ne se spécialisent que dans quelques fonctions, tandis que d'autres tentent de délester la voie de données à l'aide de processeurs propriétaires. Toutefois, cette approche est inadaptée à l'échelle et à la complexité des centres de données.

La pire des tentatives consiste à utiliser des processeurs propriétaires pour décharger le chemin de données. Bien qu'elle soit utile pour le prototypage, cette approche est une erreur insensée en raison de l'échelle, de la portée et de l'étendue des centres de données.

Conclusion

En bref, les unités de traitement de données (DPU) sont devenues l'un des trois piliers de l'informatique, aux côtés des CPU et des GPU. Grâce à leur capacité à gérer efficacement le mouvement et le traitement des données au sein des centres de données, les unités de traitement des données jouent un rôle essentiel dans la mise en œuvre de l'informatique en nuage et dans la satisfaction des exigences des applications modernes.