隨著云平臺虛擬化技術的發(fā)展，智能網卡的發(fā)展基本可以分為三個階段（如下圖所示）：

圖 智能網卡發(fā)展的三個階段

第一階段：基礎功能網卡

基礎功能網卡（即普通網卡）提供2x10G或2x25G帶寬吞吐，具有較少的硬件卸載能力，主要是Checksum，LRO/LSO等，支持SR-IOV，以及有限的多隊列能力。在云平臺虛擬化網絡中，基礎功能網卡向虛擬機（VM）提供網絡接入的方式主要是有三種：由操作系統(tǒng)內核驅動接管網卡并向虛擬機（VM）分發(fā)網絡流量；由OVS-DPDK接管網卡并向虛擬機（VM）分發(fā)網絡流量；以及高性能場景下通過SR-IOV的方式向虛擬機（VM）提供網絡接入能力。

第二階段：硬件卸載網卡

可以認為是第一代智能網卡，具有豐富的硬件卸載能力，比較典型的有OVS Fastpath硬件卸載，基于RoCEv1和RoCEv2的RDMA網絡硬件卸載，融合網絡中無損網絡能力（PFC，ECN，ETS等）的硬件卸載，存儲領域NVMe-oF的硬件卸載，以及安全傳輸?shù)臄?shù)據(jù)面卸載等。這個時期的智能網卡以數(shù)據(jù)平面的卸載為主。

第三階段：DPU智能網卡

可以認為是第二代智能網卡，在第一代智能網卡基礎上加入CPU，可以用來卸載控制平面的任務和一些靈活復雜的數(shù)據(jù)平面任務。目前DPU智能網卡的特點首先是支持PCIe Root Complex模式和Endpoint模式，在配置為PCIe Root Complex模式時，可以實現(xiàn)NVMe存儲控制器，與NVMe SSD磁盤一起構建存儲服務器；另外，由于大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心網絡的需要，對無損網絡的要求更加嚴格，需要解決數(shù)據(jù)中心網絡中Incast流量、“大象”流等帶來的網絡擁塞和時延問題，各大公有云廠商紛紛提出自己的應對方法，比如阿里云的高精度擁塞控制（HPCC，High Precision Congestion Control），AWS的可擴展可靠數(shù)據(jù)報（SRD，Scalable Reliable Datagram）等。DPU智能網卡在解決這類問題時將會引入更為先進的方法，如Fungible的TrueFabric，就是在DPU智能網卡上的新式解決方案。還有，業(yè)界提出了Hypervisor中的網絡，存儲和安全全棧卸載的發(fā)展方向，以Intel為代表提出了IPU，將基礎設施的功能全部卸載到智能網卡中，可以全面釋放之前用于Hypervisor管理的CPU算力。

未來的DPU智能網卡硬件形態(tài)

隨著越來越多的功能加入到智能網卡中，其功率將很難限制在75W之內，這樣就需要獨立的供電系統(tǒng)。所以，未來的智能網卡形態(tài)可能有三種形態(tài)：

（1）獨立供電的智能網卡，需要考慮網卡狀態(tài)與計算服務之間低層信號識別，在計算系統(tǒng)啟動的過程中或者啟動之后，智能網卡是否已經是進入服務狀態(tài)，這些都需要探索和解決。

（2）沒有PCIe接口的DPU智能網卡，可以組成DPU資源池，專門負責網絡功能，例如負載均衡，訪問控制，防火墻設備等。管理軟件可以直接通過智能網卡管理接口定義對應的網絡功能，并作為虛擬化網絡功能集群提供對應網絡能力，無需PCIe接口。

（3）多PCIe接口，多網口的DPU芯片。例如Fungible F1芯片，支持16個雙模PCIe控制器，可以配置為Root Complex模式或Endpoint模式，以及8x100G網絡接口。通過PCIeGen3 x8接口可以支撐8個Dual-Socket計算服務器，網絡側提供8x100G帶寬的網口。

圖未來智能網卡的硬件形態(tài)

DPU作為一種新型的專用處理器，隨著需求側的變化，必將在未來計算系統(tǒng)中成為一個重要組成部分，對于支撐下一代數(shù)據(jù)中心起到至關重要的作用。

來源：專用數(shù)據(jù)處理器（DPU）技術白皮書，中國科學院計算技術研究所，鄢貴海等

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