DPU: Uno de los tres pilares de la informática en el futuro

A medida que evoluciona el panorama informático, la aparición de unidades de procesamiento de datos (DPU) está remodelando el futuro de los centros de datos y las arquitecturas informáticas. En este artículo, profundizamos en la importancia y el papel de las DPU en este ámbito y las comparamos con las tradicionales Unidades Centrales de Procesamiento (CPUs) y Unidades de Procesamiento Gráfico (GPUs).

¿Qué es la DPU?

Una Unidad de Procesamiento de Datos (DPU) es un acelerador de hardware especializado diseñado para manejar tareas informáticas, de red y de almacenamiento en centros de datos, que se unirá a las CPU y GPU como uno de los tres pilares de la informática. Como nuevo tipo de procesador programable, DPU combina tres elementos clave y es un sistema en un chip (SoC) que combina:

• Procesamiento potente: La DPU abarca una CPU multinúcleo programable por software, de alto rendimiento y estándar de la industria, estrechamente integrada con otros componentes SoC, aprovechando la arquitectura Arm ampliamente adoptada.

• Transferencia de datos ultrarrápida: Con su interfaz de red de alto rendimiento, la DPU sobresale en el análisis, procesamiento y transferencia de datos a la velocidad de línea de la red, o la velocidad del resto de la red, a GPUs y CPUs.

• Aceleración versátil: Equipados con un amplio conjunto de motores de aceleración flexibles y programables, estos motores descargan y mejoran el rendimiento de las aplicaciones en IA, aprendizaje automático, seguridad de confianza cero, telecomunicaciones, almacenamiento y más.

CPU vs GPU vs DPU: ¿Cuál es la diferencia entre ellos?

Probablemente muchas personas ya estén familiarizadas con la unidad central de procesamiento. Flexibles y con capacidad de respuesta, durante muchos años las CPU fueron el único elemento programable en la mayoría de las computadoras. Más recientemente, las GPU se han vuelto más importantes: originalmente se usaban para gráficos en tiempo real y ahora son esenciales para la inteligencia artificial, el aprendizaje profundo y el análisis de big data. Durante la última década, la informática se ha expandido más allá de las PC y los servidores, y las DPU se han convertido en el tercer miembro del modelo de informática acelerada centrada en datos. Existen algunas diferencias en función, diseño y aplicación entre CPU, GPU y DPU.

• 1. Funcionalidad y uso: La CPU es adecuada para diversas tareas informáticas generales, la GPU es para informática acelerada y la DPU, que mueve datos por el centro de datos, realiza el procesamiento de datos.

• 2. Diseño y Arquitectura: La CPU utiliza una arquitectura de procesador compleja de propósito general, que ofrece mayor flexibilidad y programabilidad, la GPU adopta una arquitectura altamente paralela utilizada para acelerar el procesamiento de gráficos y tareas computacionalmente intensivas, pero su flexibilidad en la informática general es relativamente menor. El diseño de DPU se centra principalmente en el procesamiento de datos y la aceleración de funciones de red, integrando varios aceleradores de hardware y funciones de optimización para proporcionar soluciones de procesamiento de datos de alto rendimiento y baja latencia.

• 3. Áreas de aplicación: La CPU se usa ampliamente en computadoras de escritorio, servidores y dispositivos móviles, la GPU se usa principalmente en áreas como representación de gráficos, juegos, computación científica y aprendizaje automático, adecuada para tareas que requieren computación paralela a gran escala, DPU se usa principalmente en datos centros y dispositivos de red para acelerar tareas como el procesamiento de paquetes, la gestión del tráfico y el cifrado seguro, proporcionando procesamiento de datos de alto rendimiento y aceleración de la función de red.

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La DPU puede funcionar como un procesador integrado independiente. Sin embargo, lo más habitual es que se integre en un SmartNIC, un controlador de interfaz de red que es un componente vital en un servidor de próxima generación.

Otros dispositivos que dicen ser DPU carecen de componentes clave de los tres elementos cruciales mencionados anteriormente, incluido el procesamiento potente, la transferencia de datos ultrarrápida y la aceleración versátil.

Entonces, ¿qué es una DPU real? En términos generales, hay diez capacidades que los motores de aceleración de rutas de datos de red deben poder ofrecer:

• 1. Implementación de OVS mediante análisis, comparación y manipulación de paquetes de datos.

• 2. Aceleración del transporte de datos RDMA para Zero Touch RoCE.

• 3. Los aceleradores GPU Direct permiten la alimentación directa de datos en red a las GPU, sin pasar por la CPU.

• 4. Aceleración TCP con funciones como RSS, LRO y suma de comprobación.

• 5. Virtualización de red para VXLAN, superposiciones Geneve y descarga VTEP.

• 6. Acelerador de modelado de tráfico para redes de distribución de contenidos y streaming multimedia.

• 7. Aceleradores de sincronización de precisión para capacidades RAN y 5G en la nube de telecomunicaciones.

• 8. Aceleración criptográfica para IPSEC y TLS en línea.

• 9. Soporte de virtualización para SR-IOV, VirtIO y paravirtualización.

• 10.Aislamiento seguro con raíz de confianza, arranque seguro, actualizaciones de firmware, contenedores autenticados y gestión del ciclo de vida de las aplicaciones.

Algunas de las denominadas DPU solo se especializan en unas pocas funciones, mientras que otras intentan descargar la ruta de datos utilizando procesadores propietarios. Sin embargo, este enfoque es inadecuado para la gran escala y complejidad de los centros de datos.

El peor intento es utilizar procesadores propietarios para descargar la ruta de datos. Si bien es bueno para la creación de prototipos, esto es una tarea inútil debido a la escala, el alcance y la amplitud de los centros de datos.

En resumen, las Unidades de Procesamiento de Datos (DPUs) se han convertido en uno de los tres pilares en el ámbito de la informática, junto con las CPU y las GPU. Con su capacidad para manejar eficientemente el movimiento y procesamiento de datos dentro de los centros de datos, las DPU desempeñan un papel vital para permitir la computación a escala de la nube y satisfacer las demandas de las aplicaciones modernas.