فناوری‌های مرتبط با سخت‌افزار و نرم‌افزار

DPU چیست؟

بازدید: 529 آخرین به‌روزرسانی: 27 اسفند 1402

مقدمه

با گسترش فناوری پردازنده‌ها واحد پردازشی جدیدی به مراکز داده اضافه شده است. DPU یا واحد پردازش داده، که علاوه بر پردازنده مرکزی و گرافیکی به عنوان ستون سوم مرکز داده در نظر گرفته شده است، با در اختیار گرفتن بارکاری شبکه و ارتباطات به پردازنده مرکزی کمک می‌کند. در این مقاله با این واحد پردازشی آشنا می‌شویم.

واحد پردازش داده یا DPU چیست؟

با پیشرفت پردازنده‌های مرکزی (CPU) و پردازنده‌های گرافیکی (GPU)، این واحدها قادرند وظایف محاسباتی پیچیده‌تری را انجام دهند و اکنون ستون جدیدی از محاسبات در واحد پردازش داده (Data Processing Unit) ظاهر می‌شود. واحد پردازش داده از فناوری شتاب‌دهی سخت‌افزاری و همچنین رابط‌های شبکه با کارایی بالا استفاده کرده و بخصوص در انتقال داده‌ها، فشرده‌سازی داده‌ها، ذخیره‌سازی داده، امنیت داده‌ها و تجزیه و تحلیل داده‌ها تمرکز می‌کند. در حالی که این وظایف به طور سنتی توسط پردازنده مرکزی انجام می‌شود، در یک مرکز داده یا اتاق سرور در مقیاس بزرگ، واگذاری این وظایف به DPUها می‌تواند پردازنده‌های مرکزی را برای بارهای کاری دیگر آزاد کند. این واحدهای پردازشی می‌توانند هزینه‌های کلی سخت‌افزار مربوط به مدیریت یک مرکز داده را با بارگیری وظایف پردازشی از پردازنده مرکزی و انجام وظایف پیچیده کاهش دهند و در نتیجه به قطعات سخت‌افزاری کمتری نیاز دارند.

DPU

معماری DPU طوری طراحی شده تا مطمئن شود داده‌های مناسب با فرمت مناسب به سرعت به مکان مناسب می‌رسند. این امر می‌تواند تفاوت زیادی در کارایی کاربردهایی مانند تحلیل داده‌های بزرگ، هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی و یادگیری عمیق ایجاد کند.

یک DPU همچنین می‌تواند ناکارآمدی گره سرور را هنگامی که آن را در قلب زیرساخت داده-محور قرار دهید، برطرف کند. می‌تواند پراکندگی را کاهش دهد، دسترسی‌پذیری و قابلیت اطمینان بالا را ارائه دهد و دسترسی سریع و اشتراک‌گذاری داده‌ها را بدون توجه به اینکه چه مقدار داده به پردازش و انتقال نیاز دارد، تضمین کند.

قابلیت‌های DPU

DPU نوع جدیدی از پردازنده‌های قابل برنامه‌ریزی و در واقع یک سیستم روی یک تراشه یا SoC است که سه عنصر کلیدی زیر را ترکیب می‌کند:

یک پردازنده مرکزی استاندارد صنعتی، با کارایی بالا، قابل برنامه‌ریزی با نرم‌افزار و چند‌هسته‌ای است که معمولاً مبتنی بر معماری ARM به طور گسترده استفاده می‌شود و در ارتباط تنگاتنگ با سایر اجزای SoCاست.
یک رابط شبکه با کارایی بالا که قادر به بررسی، پردازش و انتقال موثر داده‌ها با نرخ خط یا با سرعت بقیه شبکه به پردازنده گرافیکی و مرکزی است.
مجموعه‌ای غنی از موتورهای شتاب‌دهی انعطاف‌پذیر و قابل برنامه‌ریزی که عملکرد برنامه‌ها را برای هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، امنیت Zero-trust، ارتباطات و ذخیره‌سازی بهبود می‌بخشد.

همه این قابلیت‌های DPU برای فعال کردن یک بستر محاسباتی ایزوله، اختصاصی (Bare-metal) و ابر-بومی (Cloud-native) که نسل بعدی محاسبات در مقیاس ابری را تعریف می‌کند، حیاتی هستند.

DPU را می‌توان به عنوان یک پردازنده تعبیه‌شده مستقل استفاده کرد. اما اغلب در SmartNIC، یک کنترل‌کننده رابط شبکه که به عنوان یک جزء حیاتی در سرورهای نسل بعدی استفاده می‌شود، گنجانده می‌شود.

ارائه‌دهندگان DPU از فناوری‌ها و مواد مختلفی در محصولات خود بسته به نیاز مشتری استفاده می‌کنند. 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 شده‌اند. در حالت کلی واحدهای پردازشی ویژگی‌های زیادی از جمله موارد زیر را دارند:

اتصال شبکه پر‌سرعت
پردازش بسته با سرعت بالا
شتاب‌دهنده‌ها
پردازش چندهسته‌ای
کنترل‌کننده‌های حافظه
پشتیبانی از نسل 4 PCI-Express
ویژگی‌های امنیتی مانند رمزگذاری، فایروال و VPN (شبکه خصوصی مجازی)

تفاوت بین DPU، CPU و GPU چیست؟

عملکرد: یک DPU (واحد پردازش داده)، CPU (واحد پردازش مرکزی) و GPU (واحد پردازش گرافیکی) همه پردازنده‌های محاسباتی هستند که هر یک کار متفاوتی را انجام می‌دهند. CPU پردازنده اصلی مسئول عملکرد کلی یک سیستم کامپیوتری است که به عنوان "مغز" یک کامپیوتر عمل می‌کند. GPU یک پردازنده تخصصی برای کارهای محاسباتی گرافیکی، مانند رندر‌کردن تصاویر یا فیلم‌های سه بعدی است و همچنین کاربردهای داده-محور مانند هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و ... است. DPU جدیدترین پردازنده است که در بارهای کاری داده-محور مانند شبکه، ذخیره‌سازی و عملیات امنیتی در مراکز داده کاربرد دارد.

معماری: پردازنده‌ها از چند هسته پردازشی قدرتمند تشکیل شده‌اند که برای پردازش سریال یا موازی بهینه‌سازی شده‌اند. پردازنده‌های گرافیکی دارای تعداد زیادی هسته ساده‌تر هستند که برای پردازش موازی بهینه‌سازی شده‌اند. DPUها هسته‌های پردازشی، بلوک‌های شتاب‌دهنده سخت‌افزاری و یک رابط شبکه با کارایی بالا را برای پردازش وظایف داده محور در مقیاس بالا ترکیب می‌کنند.

جمع‌بندی

واحد پردازش داده نقش حیاتی در پیشرفت قابلیت‌های محاسباتی، شکل‌دهی به چشم‌انداز فناوری با امکان پردازش سریع‌تر، کارآمدتر و تخصصی‌تر داده‌ها دارد. در آینده، انتظار می‌رود نقش DPUها با گسترش فناوری‌های محاسبات لبه و اینترنت اشیا برجسته‌تر شود.

پیشنهاد می‌شود مقاله‌های محاسبات لبه و اینترنت اشیا را از اینجا بخوانید

توانایی DPU‌ها برای مدیریت و پردازش کارآمد داده‌ها در لبه، نزدیکتر به منبع، برای برآوردن الزامات تاخیر کم این برنامه‌های کاربردی نوظهور بسیار مهم خواهد بود.

سوالات متداول

چگونه می توان از یک DPU برای بهبود زیرساخت مرکز داده استفاده کرد؟

یک DPU را می توان برای افزایش کارایی، افزایش سرعت پردازش داده‌ها و کاهش بار کاری روی پردازنده‌های مرکزی استفاده کرد که منجر به پردازش سریعتر و مطمئن‌تر داده می‌شود.

برای استفاده از DPU چه سخت افزاری لازم است؟

برای استفاده از DPU، سرور یا دستگاه شبکه باید یک PCIe سازگار برای کارت DPU داشته باشد. این سخت‌افزار همچنین باید دارای سیستم عامل و درایورهای سازگار، حافظه کافی برای عملکرد صحیح DPU و برق و سیستم خنک‌کننده قابل اعتماد باشد.

چه نوع موتورهای شتاب‌دهی داده برای DPUها موجود است؟

موتورهای شتاب‌دهی داده موجود برای DPUها شامل رمزگذاری/رمزگشایی، فشرده‌سازی، تحلیل هوش مصنوعی و یادگیری ماشین و شبکه می‌باشد. این مهندسان شتاب داده انواع خاصی از بارهای کاری را از CPU تخلیه می‌کنند تا کارایی و امنیت را بهبود بخشند.