近年來，人工智能、云服務、大數(shù)據(jù)等技術的興起，對網(wǎng)絡提出了前所未有的要求，廣泛的業(yè)務層需求致使數(shù)據(jù)中心快速增長。數(shù)據(jù)中心作為進行大規(guī)模計算、海量數(shù)據(jù)存儲和提供互聯(lián)網(wǎng)服務的基礎設施，正在向高帶寬和新型傳輸體系發(fā)展，網(wǎng)絡傳輸速率邁向100Gbps，且未來快速向200Gbps與400Gbps發(fā)展。
越來越多的虛擬機和容器，時刻變化的應用需求，以及日益受重視的網(wǎng)絡安全等，給服務器基礎設施計算節(jié)點的CPU帶來了巨大的壓力。在后摩爾定律時代下，CPU算力增速放緩，相對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡傳輸速率增長速度的差距逐漸被拉大，需要新的體系結構來增強算力、網(wǎng)絡傳輸?shù)确矫娴男阅埽M而催生了智能網(wǎng)卡（SmartNIC）的需求。
相比傳統(tǒng)網(wǎng)卡僅負責數(shù)據(jù)鏈路的傳輸、網(wǎng)絡堆棧算法和協(xié)議。智能網(wǎng)卡作為一種有編程能力的網(wǎng)卡，能夠滿足數(shù)據(jù)平面網(wǎng)絡處理需求并兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡協(xié)議生態(tài)，進而卸載CPU的網(wǎng)絡處理工作負載和任務，在數(shù)據(jù)中心中提供低延時、高帶寬的網(wǎng)絡服務，減少CPU的算力負擔，提高整體解決方案的效率。
此外，通過使用智能網(wǎng)卡提高每個計算節(jié)點的計算能力，在同等算力下，使用智能網(wǎng)卡所需的服務器數(shù)量更少，從而降低了服務器的前期硬件投入成本，物理空間和相應的運行維護等配套資源消耗也得到節(jié)省，大大降低了大規(guī)模部署網(wǎng)絡服務的總擁有成本。
智能網(wǎng)卡市場規(guī)模預測
在各類新興技術的發(fā)展帶動下，全球智能網(wǎng)卡行業(yè)市場規(guī)模逐步攀升，據(jù)預測，智能網(wǎng)卡市場規(guī)模未來將達百億美元級別，智能網(wǎng)卡行業(yè)將迎來高速發(fā)展。
國產智能網(wǎng)卡的困局與破局
當前趨勢下，各大云和服務器廠商都在迫切尋求基于智能網(wǎng)卡的解決方案，來降低其硬件投入和能耗成本，智能網(wǎng)卡方案逐步成熟。目前行業(yè)領先的廠商包括Broadcom、Intel、Mellanox（被NVIDIA收購）、Xilinx（被AMD收購）、Marvell等。
這些都是國際領先的智能網(wǎng)卡生產廠商，反觀國內，中國智能網(wǎng)卡行業(yè)整體較國際巨頭差距較大，落后原因在于技術積累不足以及上游EDA和先進制程工藝被國外掌控。雖然智能網(wǎng)卡軟件行業(yè)進入門檻較低，但中國本土企業(yè)創(chuàng)新速度同樣落后于國際巨頭智能網(wǎng)卡硬件壁壘。同時，中國廠商缺乏商用經驗，產品大多停留在實驗室階段，量產存在困難。
在此行業(yè)格局和困局之下，國內廠商也正在力求突破，謀求國內智能網(wǎng)卡行業(yè)發(fā)展的新局面。其中，芯啟源（Corigine）作為本土智能網(wǎng)卡行業(yè)領先者，正在積極布局。芯啟源智能網(wǎng)卡SmartNIC從去年開始已經實現(xiàn)量產，作為國內領先的智能網(wǎng)絡核心芯片和系統(tǒng)解決方案供應商，芯啟源可提供國產、自主可控的核心芯片和高速智能網(wǎng)卡解決方案，打造從芯片到網(wǎng)卡的自主可控國產化。
據(jù)了解，芯啟源的智能網(wǎng)卡是目前國內唯一基于SoC架構的成熟DPU完整解決方案，填補了國內在該領域的技術空白，并已實現(xiàn)量產。
芯啟源基于可編程SoC的智能網(wǎng)卡（圖源：芯啟源）
該方案采用了業(yè)界領先的NP眾核技術架構實現(xiàn)高效且靈活的網(wǎng)絡報文處理，具有高性能、低成本、低功耗、高度拓展、可編程性極強等特點。
芯啟源智能網(wǎng)卡優(yōu)勢一覽（圖源：芯啟源）
從架構方面來看，智能網(wǎng)卡可基于ASIC、FPGA和MP（Multi-core，包含SoC-GP、SoC-NP）三類核心處理器進行設計，基于不同核心處理器的智能網(wǎng)卡特點各異。
基于ASIC設計的智能網(wǎng)卡門檻較高，研發(fā)周期長（需要兩年左右的開發(fā)周期），中等復雜度的ASIC前期研發(fā)成本在幾百到兩千萬美元不等，具有高性價比優(yōu)勢，但在可編程性方面存在不足；
基于FPGA的智能網(wǎng)卡可提供強大的計算能力和足夠的靈活性，具有低延遲、高功耗的特點，但該架構同樣存在高復雜性以及開源生態(tài)不完善的劣勢；
基于MP設計的智能網(wǎng)卡既保證了一定的可編程性，又保障了良好的性能。
供應商可通過不同處理器組合的技術路徑，實現(xiàn)單點突破的產品模式，或尋求不同需求點之間的平衡。芯啟源智能網(wǎng)卡解決方案基于業(yè)界先進的NP眾核技術架構，憑借網(wǎng)絡處理器芯片內部靈活的接口、豐富的硬件模塊，可支持包括CHKSUM、TSO、OVS、eBPF/XDP等硬件卸載，以及片上ARM用于業(yè)務控制與管理等特性，能夠提供有競爭力的智能網(wǎng)卡解決方案，完美的解決ASIC可編程性不足以及GP性能不足的問題，尋求靈活性與性能之間的最佳平衡點。
芯啟源DPU內部架構圖（圖源：芯啟源）
基于芯啟源DPU的主機虛擬化方案
芯啟源智能網(wǎng)卡解決方案可提供從芯片、板卡、驅動軟件和全套云網(wǎng)解決方案產品，覆蓋了先進的DPU芯片技術、智能網(wǎng)卡SmartNIC板卡設計制造技術以及協(xié)同云網(wǎng)絡軟件綁定的生態(tài)化軟件技術，包括軟件定義網(wǎng)絡安全、虛擬化技術和現(xiàn)代化的集群化存儲、負載均衡技術，可為國內5G通訊、云數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡安全等應用提供極具競爭力的解決方案。
在大數(shù)據(jù)、云計算時代數(shù)據(jù)量和傳輸速度的飛速增長，以DPU芯片為主的智能網(wǎng)卡，通過靈活的可編程能力加速對新需求的開發(fā)和實現(xiàn)，能大幅提升云數(shù)據(jù)中心性能，并有效節(jié)約服務成本，必將會帶來對傳統(tǒng)網(wǎng)卡的替代趨勢，有著巨大的市場前景。芯啟源提供業(yè)界領先成熟的DPU編程開發(fā)套件SDK，全面支持P4/C等混合網(wǎng)絡應用編程。
芯啟源DPU編程開發(fā)SDK
芯啟源完整的智能網(wǎng)卡產品和解決方案的能力，獲得了多家頭部客戶的訂單。其中，中國移動蘇研院的首批智能網(wǎng)卡訂單正是采購的芯啟源的產品，在中移動大云系統(tǒng)網(wǎng)絡層面，芯啟源智能網(wǎng)卡通過透明卸載SDN控制器關鍵云網(wǎng)流表至網(wǎng)卡硬件中加速，可徹底釋放大量被網(wǎng)絡業(yè)務消耗的服務器CPU和內存資源，全面提升中移動云機虛擬化效率。目前雙方已成立了聯(lián)合實驗室，將共同推進下一代智能網(wǎng)卡的開發(fā)。
浪潮之下，DPU行業(yè)格局生變
另一方面，再來看看DPU芯片，DPU是 Data Processing Unit（數(shù)據(jù)處理單元）的簡稱，是最新發(fā)展起來的專用處理器的一個大類，為高帶寬、低延遲、數(shù)據(jù)密集的計算場景提供計算引擎。算力經濟下，DPU快速發(fā)展，有望成為繼CPU、GPU之后，數(shù)據(jù)中心場景中的第三大算力支柱。
可以理解為，DPU正是為處理網(wǎng)絡數(shù)據(jù)而生，DPU的出現(xiàn)有效緩解了CPU的壓力，基于DPU的智能網(wǎng)卡將成為云數(shù)據(jù)中心設備中的核心網(wǎng)絡部件，逐漸承擔所有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理、分發(fā)的重任，從而從根本上實現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡（SDN）和網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）的諸多優(yōu)勢，有效降低云計算的性能損失，釋放CPU算力，降低功耗的同時大大減少云數(shù)據(jù)中心的運營成本。
DPU工作原理（網(wǎng)絡傳輸運算）與傳統(tǒng)網(wǎng)卡工作原理對比（圖源：頭豹研究院）
頭豹研究院數(shù)據(jù)指出，中國DPU市場規(guī)模增長周期與數(shù)據(jù)中心升級周期契合，通常數(shù)據(jù)中心帶寬升級周期在3年左右，中國將在2023-2025年進入下一輪服務器設備以及DPU更換周期，DPU市場規(guī)模將有明顯的增幅。預計到2025年，中國DPU市場規(guī)模預計接近40億美元。
中國DPU市場規(guī)模，2020-2025年預測（圖源：頭豹研究院）
然而，由于DPU的系統(tǒng)開發(fā)技術難度大，研發(fā)周期較長等原因，產品供應長期被國外企業(yè)壟斷。2020年中國DPU市場產品主要由NVIDIA、Intel、Broadcom與Marvell等企業(yè)提供。從國內廠商角度來說，目前我國在DPU領域還處于起步階段，與國外先進水平存在一定差距。
但隨著中國企業(yè)軟、硬件實力增強以及軟、硬解耦的趨勢發(fā)展，中國DPU產業(yè)涌現(xiàn)出一批本土企業(yè)。其中，作為唯一的國產智能網(wǎng)卡提供商，芯啟源有著國際領先的DPU核心芯片技術，憑借優(yōu)異的產品性能和生態(tài)布局，國際巨頭把控市場的局面將有望被打破，市場迎來新的變局。
針對DPU市場的現(xiàn)有格局，頭豹研究院認為，如果前期資本充足的情況下，初創(chuàng)DPU團隊可自主研發(fā)處理器微架構，該類企業(yè)或將成為推動DPU國產替代的主力。同時，中國本土供應商搶占市場份額路線還包括降本獲客、從定制化走向標準化等方式：（1）降本獲客：通過低成本采購方案、讓利等方式爭取優(yōu)質客戶資源；（2）從定制化走向標準化：中級軟件服務標準化+高級軟件維持定制化，滲透應用場景。
當前，芯啟源正在從自研中高級軟件，外購處理器和網(wǎng)絡芯片的輕資產運營模式，向自研網(wǎng)絡芯片+中高級軟件的模式進行戰(zhàn)略轉型，利用基礎網(wǎng)絡芯片產線，配合軟件服務實現(xiàn)營收，處理器搭載方面，以靈活適配的特點為賣點，差異化技術路徑滿足用戶和市場需求
縱觀行業(yè)態(tài)勢能夠發(fā)現(xiàn)，收并購擴充產線是DPU頭部供應商鞏固現(xiàn)有市場地位的慣用手段。本土初創(chuàng)企業(yè)難以通過相同技術與產品來顛覆頭部企業(yè)的市場地位，只有結合商業(yè)模式以及邏輯上的創(chuàng)新才有機會突破頭部企業(yè)的封鎖。
匯集了全球頂尖人才，擁有清晰的產品、技術路徑規(guī)劃和市場策略規(guī)劃的芯啟源，有望成為DPU賽道的引領者。
Mimicpro——開啟高端EDA國產化進程
智能網(wǎng)卡和DPU芯片業(yè)務之外，芯啟源在高端EDA領域也頗有建樹。
回顧半導體產業(yè)發(fā)展歷程，中國的 IC 設計產業(yè)發(fā)展迅速，目前國內有超過兩千家 Fabless 設計公司，但是EDA公司數(shù)目始終徘徊在個位數(shù)，而在高端EDA領域一直以來國內公司只能依靠國外的產品和技術，這讓國內相關產業(yè)的技術進步甚至企業(yè)發(fā)展都受到了很大的限制。
為了更好地提升IC設計客戶的仿真與驗證效率，洞察這一趨勢的芯啟源公司在高端EDA領域推出了自主研發(fā)的SoC原型和仿真系統(tǒng)MimicPro產品，國內市場方面今年6月已經正式量產并供貨。
芯啟源SoC原型和仿真系統(tǒng)MimicPro
芯啟源MimicPro產品作為一款為ASIC/SoC設計者提供高性能、高容量、高可擴展性的基于FPGA的原型驗證平臺，在軟硬件結合的架構上進行了充分考慮和設計，實現(xiàn)了軟硬件一體化的解決方案，將為芯片設計公司提供成本更低、運算更快的仿真EDA解決方案，加速設計和軟件開發(fā)驗證過程，提高流片成功率。
除了提供高可靠性的硬件平臺外，芯啟源MimicPro產品還具有系統(tǒng)級的Auto Partition（自動分區(qū)）、Built-in Memory analyzer（內置內存分析儀）、Local Debug（現(xiàn)場調試糾錯）和Fault injection（故障注入）等功能，可以更快地定位和消除故障，實現(xiàn)最優(yōu)的性能。另外，芯啟源獲國際認證的USB IP等技術的加持，也將對于用戶降低成本和提高驗證效率提供更大的幫助。
芯啟源的MimicPro產品是目前國內領先的原型驗證和仿真系統(tǒng)，已經贏得了多個國內外芯片設計頭部客戶的采購訂單。贏得信賴的背后，是芯啟源頂尖研發(fā)團隊和全球化戰(zhàn)略的支撐。
回顧芯啟源MimicPro的研發(fā)歷程，負責系統(tǒng)研發(fā)的副總裁Mike Shei表示：“在過去的20多年工作中，我和團隊經歷了第一代和第二代EDA工具的研發(fā)，目前實現(xiàn)量產的MimicPro是我們研發(fā)的第三代EDA工具。MimicPro項目從2018年1月開始立項，短短3年多的時間里，研發(fā)團隊經歷了Partition測試、Runtime研發(fā)，并在2020年10月啟動了32-FPGA項目，1000多個日夜，來自美國硅谷、中國上海和南京的芯啟源軟硬件研發(fā)團隊緊密配合，發(fā)揮全球化資源配置的優(yōu)勢，在首批MimicPro量產項目中打了一場成功的攻堅戰(zhàn)，完成了MimicPro的全部調測和評估，成功交付給客戶使用。”
隨著芯啟源MimicPro產品的交付，也正式打響了高端EDA領域SoC原型和仿真系統(tǒng)國產化的第一炮。據(jù)了解，芯啟源目前推向市場的MimicPro原型驗證與仿真系統(tǒng)，分為1塊、4塊FPGA ，而有消息披露，芯啟源下一代擁有32塊FPGA的MimicPro產品也將在今年下半年正式發(fā)布。
寫在最后
芯啟源成立于2015年，芯啟源憑借一支在芯片領域深耕了20多年的成熟團隊，“瞄準”正在高度增長的網(wǎng)絡通訊相關領域，圍繞5G、云數(shù)據(jù)中心以及云計算等行業(yè)“攻城略地”。
在短短五年多的時間里，已先后成功研發(fā)了智能網(wǎng)卡、SoC原型和仿真系統(tǒng)MimicPro、USB3.x IP、網(wǎng)絡搜索引擎TCAM芯片等四款產品，引領了國內在這幾個領域的發(fā)展新局面，并贏得了大批國內外一流客戶的訂單，助力本土產業(yè)實現(xiàn)突圍。
假以時日，期待芯啟源能帶來更多的驚喜。
