天翼云DPU技术研究和实践

9月2日，第二届SmartNIC&DPU技术创新峰会在京举行，天翼云在2022 SmartNIC&DPU Awards年度评选中荣获匠芯技术奖。天翼云资深研发专家刘禄仁出席SmartNIC&DPU技术分会场并发表“天翼云DPU技术研究和实践”主题演讲，向行业分享天翼云以DPU为核心的新一代计算架构的研究及场景落地。

随着数据量爆发式增长，数据中心规模持续扩大，驱动网络带宽不断升级，以满足当前和未来云端海量数据流需求。在摩尔定律明显放缓的背景下，随着更高带宽的到来，CPU算力增长速度和数据中心网络传输速率增长速度的差距被逐渐拉大，效率更高的计算芯片成为刚需，DPU应运而生。

DPU作为计算负载的引擎，直接效果是给CPU“减负”，能够提高数据中心的运算效率，减少能耗浪费，进而降低成本，在数字时代具有巨大的商业价值与发展潜力。

天翼云作为国内领先的云服务商，抢跑DPU赛道，基于当前DPU技术演进路线，结合需求的零散化、动态变化以及对DPU产品线上运维问题的考量，以FPGA+CPU的架构作为切入点，成功研发出天翼云DPU1.0产品，并以DPU云核为基础打造了为云而生的全新云计算体系结构。天翼云DPU1.0实现了虚拟化的零损耗，具备高性能、低延迟、低抖动的特性，网络转发性能高达4000万PPS，存储云盘IOPS可以达到60W。此外，天翼云DPU1.0还可以将传统运行在主机侧的应用转到DPU云核上，减少大量的适配工作，在主机不同算力核和不同架构上做到即插即用。 在天翼云DPU1.0产品从研发到落地的过程中，天翼云DPU团队在网络、存储及RDMA方面进行了丰富的实践。

在网络卸载方面

针对流表数量大、转发性能要求高、对SoC和FPGA的内存容量需求大、稳定性要求高等挑战，天翼云对rte_flow等主要数据结构进行压缩，并对流表空中计算，优化裁剪offload卸载路径的多层级缓存，从而支持4M流表，实现了内存优化；对所有流表进行合并计算，避免在硬件层执行包重注，使转发效率达到4000万PPS；

基于硬件精确流表特点设计专用老化统计线程，减轻OVS Revalidator压力；初步拆分OVS的统计和老化事务逻辑，优化硬件流表的老化统计上报实现逻辑，提升软件OVS Revalidator执行效率；支持热升级、热迁移及热恢复，做到B/V/C全场景的并池，大幅提升稳定性。

在存储卸载方面

针对经常出现的SoC异常重启、SPDK异常重启、热迁移丢IO等现象，天翼云从中抽象出共同特性，利用软件协同的思想，将SoC侧软件的正常行为和异常行为进行统一，组件启动时统一发送msg信息给硬件，硬件收到该msg会解析其内容，进而从硬件保存的queue指针信息进行分析，在用户无感状态下实现全部异常的统一化处理。

在高性能网络方面

拥塞算法是RDMA的核心和关键，为提高RDMA网络的性能，天翼云聚焦下一代高效CC算法设计，以更好地避免拥塞、保证公平性，实现更快速收敛、更低时延、更简单部署。针对不同应用场景，天翼云设计了2套算法eSurfing-CC：

针对智能网卡+商用交换机的组合，提出基于RTT+CNP的2段式端到端CC算法，具有主动拥塞控制、无需依赖交换机的配置、支持快速启动快速收敛等优势；

针对智能网卡+可编程交换机的组网场景，在交换机上部署CC算法，使交换机同样具备主动拥塞通知能力和主动发包能力，可以有效降低端到端响应时延，同时简化建模和配置复杂度，提高系统的可扩展性。

目前，基于天翼云DPU核心技术打造的多款产品已落地应用，以天翼云弹性裸金属服务器为例，该服务器兼具云服务器弹性和物理机性能，通过将网络、存储等功能卸载至DPU卡，可极大降低物理机侧CPU和内存等资源消耗，最终算力远超普通云主机，现已服务于金融、汽车等多行业企业。

会上，还发布了2022 SmartNIC&DPU Awards年度评选结果，天翼云凭借以DPU云核为基础打造的全新一代云计算体系结构，荣获匠芯技术奖。该体系结构将计算、存储、网络和安全算力迁移到自研的软硬结合体系中，构建了面向不同算力、全国产化自主可控的第二平面，可实现网络、计算、存储资源云化加速，在DPU领域极具创新性。 DPU、CPU、GPU将成为未来计算市场的三大支柱，DPU作为计算市场的“芯”生事物，在技术标准和生态方面仍处于早期阶段，具有广阔的发展前景。未来天翼云将持续探索DPU技术，不断完善DPU产品，助力海量算力高效释放，助推数字经济发展。

编辑：黄飞