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?，進而催生了智能網(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?！?/p>
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。
