2021年中国数据处理器行业概览系列短报告(一):数据处理器在电信市场的应用 -头豹.ppt
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1、头头豹行豹行业业研研读读|2021/06中国:数据中国:数据处处理器系列理器系列2021年年中国数据中国数据处处理器行理器行业业概概览览系列短系列短报报告(一):告(一):数据数据处处理器在理器在电电信市信市场场的的应应用用2021 China Data Processing Unit IndustryOverview Series of Brief Reports(1):Applicationg of Data Processing Unit inTelecommunications Market2021年中国業界概要短(1):電気通信市場応报告标签:数据处理器、边缘计算、解耦报告提供的任何
2、内容(包括但不限于数据、文字、图表、图像等)均系头豹研究院独有的高度机密性文件(在报告中另行标明出处者除外)。未经头豹研究院事先书面许可,任何人不得以任何方式擅自复制、再造、传播、出版、引用、改编、汇编本报告内容,若有违反上述约定的行为发生,头豹研究院保留采取法律措施、追究相关人员责任的权利。头豹研究院开展的所有商业活动均使用“头豹研究院”或“头豹”的商号、商标,头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构,也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。头头豹行豹行业业研研读读|2021/06中国:数据中国:数据处处理器系列理器系列概概览览摘要摘要数字数字处处理器如何理器如何赋赋能能电
3、电信市信市场场?01 数据数据处处理器可提升理器可提升NFV场场景景下的交下的交换换速率速率软交换为当前主流的交换技术,但存在转发能力差,消耗CPU核的问题。为了解决软交换技术占用物理核资源的问题,运营商考虑在底层通用服务器中引入数据处理器,负责OvS卸载,利用加速硬件提高转发能力,释放软件占用的CPU资源随着运随着运营营商降本增效的需求增商降本增效的需求增长长,以,以NFV/SDN为为代表的技代表的技术术推推动电动电信网信网络络的的虚虚 拟拟 化化 与与 云云 化化。NFV 通通 过过 使使 用用 基基 于于X86CPU或或ARM等的等的COTS硬件以及虚硬件以及虚拟拟化技化技术术来承来承载
4、载网网络络功能的功能的软软件件处处理,使理,使网网络设备络设备功能不再依功能不再依赖赖于于专专用硬件,用硬件,资资源可以充分灵活共享,源可以充分灵活共享,实现实现新新业务业务的快的快速开速开发发和上和上线线,并基于,并基于实际业务实际业务需求需求进进行自行自动动部署、部署、弹弹性伸性伸缩缩、故障隔离和自、故障隔离和自愈等。然而,随着愈等。然而,随着5G和和边缘计边缘计算的算的兴兴起,起,COTS硬件并不能硬件并不能满满足足这这些些应应用用对对大大带宽带宽、低低时时延、高可靠(低抖延、高可靠(低抖动动,低,低丢丢包)的包)的网网络络要求与并行要求与并行计计算算力的要求,算算力的要求,进进而而需要
5、数据需要数据处处理器理器这类协处这类协处理器理器辅辅助助计计算算02 边缘边缘机房机房场场景受限,景受限,CPU堆堆叠算力的方式失效叠算力的方式失效为满足业务的低时延需求,UPF下沉部署至边缘机房。由于机房的电力、承重无法按照核心机房要求建设且空间较小,运营商通过引入数据处理器提高单设备转发能力,从而减少服务器数量,并降低边缘节点运维难度03 数数关关据据键键处处理器理器通用化,解耦是通用化,解耦是数据处理器资源通用需实现软件的解耦。针对UPF硬件加速的解耦方式包括软硬解耦与软软解耦。在解耦策略上,由于各UPF厂商软件设计不同,软软解耦短期难以实现,面临测试工作量大、难兼容等一系列问题,因此软
6、硬解耦是为了主流的解耦方案2021 LeadLeo2头头豹行豹行业业研研读读|2021/06中国:数据中国:数据处处理器系列理器系列目目录录 名名词词解解释释-08090910111112131415161718 数据数据处处理器行理器行业综业综述述 定义-技术路径 数据数据处处理器行理器行业业在在电电信信领领域的域的应应用用 提升数据交换速率 满足边缘场景算力需求 应用现状 发展趋势 数据数据处处理器在理器在电电信信领领域的市域的市场规场规模模 数据数据处处理器在理器在电电信信领领域的域的竞竞争格局争格局 方法方法论论 法律声明法律声明400-072-55883头头豹行豹行业业研研读读|20
7、21/06中国:数据中国:数据处处理器系列理器系列CONTENTS Terms-08090910 Data processor industry overview Definition-Technology Path Application of Data Processing in theTelecommunications Market-1111 Increase Data Exchange Rate Meet the Computing Power Requirementsof Edge Computing-121314 Application Status Development Tr
8、end The Market Size of Data Processing Unit inTelecommunications Market-15 The Competitive Landscape of Data ProcessingUnit in Telecommunications Market-161718 Methodology Legal S400-072-55884头头豹行豹行业业研研读读|2021/06中国:数据中国:数据处处理器系列理器系列图图表目表目录录图表1:通用服务器承载电信网络功能图表2:通用服务器性能不足激发数据处理器需求图表3:不同数据处理器对比-0909101
9、112141516-图表4:通用服务器承载电信网络功能图表5:移动数据流量,2016H2-2021Q1图表6:数据处理器解耦方向图表7:中国数据处理器市场规模,2020-2025E图表8:中国数据处理器在电信领域的竞争格局400-072-55885头头豹行豹行业业研研读读|2021/06中国:数据中国:数据处处理器系列理器系列名名词词解解释释DPU:Data Processing Unit,数据处理器,其核心是通过协处理器协助主控CPU处理网络负载,编程网络接口功能摩摩尔尔时时代:代:摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登摩尔(Gordon Moore)提出来的。其内容为:当价格不变时
10、,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。FPGA:FPGA(FieldProgrammable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。ASIC:ASIC芯片是用于供专门应用的集成电路(ASIC,Application Specific Integr
11、ated Circuit)芯片技术,在集成电路界被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。VxLAN:是一种网络虚拟化技术,可以改进大型云计算在部署时的扩展问题,是对VLAN的一种扩展。VXLAN是一种功能强大的工具,可以穿透三层网络对二层进行扩展。它可通过封装流量并将其扩展到第三层网关,以此来解决VMS(虚拟内存系统)的可移植性限制,使其可以访问在外部IP子网上的服务器。OVS:Openvswitch是一个虚拟交换软件,主要用于虚拟机VM环境,作为一个虚拟交换机,支持Xen/XenServer,KVM以及virtualBox多种虚拟化技术。在这种虚拟化的环境中,一个虚拟交换机主要有两个作用:传
12、递虚拟机之间的流量,以及实现虚拟机和外界网络的通信。VNF:虚拟网络功能,其被看作是NFV的关键。VNF在基础设施层提供的服务是NFV的主要运营目标,这意味着前者左右着网络虚拟化的前景。UPF:User Plane Function,用户面功能,为 5GC 的基本组成部分。MEC:边缘计算技术(Mobile Edge Computing)是ICT融合的产物,同时成为支撑运营商进行5G网络转型的关键技术,以满足高清视频、VR/AR、工业互联网、车联网等业务发展需求。6400-072-5588头头豹行豹行业业研研读读|2021/06中国:数据中国:数据处处理器系列理器系列数据数据处处理器行理器行业
13、综业综述述定定义义 数据数据处处理器理器负责处负责处理网理网络络、存、存储储与安全等非与安全等非业务业务性数据,以性数据,以达到减达到减轻轻中央中央处处理器理器负负荷的目的荷的目的数据数据处处理器是一种最新的硬件加速方案理器是一种最新的硬件加速方案数据处理器是一种新型的硬件加速方案,负责处理网络、存储与安全等非业务性数据,以达到减轻中央处理器负荷的目的。硬件加速方案利用硬件模块来替代软件算法以充分利用硬件所固有的快速特性(硬件加速通常比软件算法的效率要高),从而实现性能提升、成本优化的目的。NFV/SDN的推的推进进,激,激发电发电信市信市场对场对数据数据处处理器的需求理器的需求随着运营商降本
14、增效的需求增长,以NFV/SDN为代表的技术推动电信网络的虚拟化与云化。NFV通过使用基于X86CPU或ARM等的COTS硬件以及虚拟化技术来承载网络功能的软件处理,使网络设备功能不再依赖于专用硬件,资源可以充分灵活共享,实现新业务的快速开发和上线,并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。然而,随着5G和边缘计算的兴起,COTS硬件并不能满足这些应用对大带宽、低时延、高可靠(低抖动,低丢包)的网络要求与并行计算算力的要求,进而需要数据处理器这类协处理器辅助计算。通用服通用服务务器性能不足激器性能不足激发发数据数据处处理器需求理器需求通用服通用服务务器承器承载电载电信网信网络
15、络功功能能虚拟网元X86 CPU计算单元的比重较低,且主要采用01串行的处理方式,导致对并行数据处理的效VNF1VNF2VNF3率低虚拟资源层02 后摩尔定律时代,X86 CPU的性能提升节奏虚拟计算虚拟存储虚拟网络放缓,无法满足新兴业务的计算需求边缘计算场景中,边缘机房空间小、电力少,无法单纯依靠CPU堆叠算力的方式来满足边缘业务的需求,需要配置硬件加速方案硬件资源层(COTS)03计算存储网络来源:中国移动,头豹研究院400-072-55887头头豹行豹行业业研研读读|2021/06中国:数据中国:数据处处理器系列理器系列数据数据处处理器行理器行业综业综述述技技术术路径路径 数据数据处处理
16、器市理器市场场仍在探索仍在探索阶阶段,尚未明确技段,尚未明确技术术路路线线。各大厂。各大厂商依据自身商依据自身对对市市场场需求的理解推出差异化数据需求的理解推出差异化数据处处理器理器产产品品 数据数据处处理器技理器技术术路径路径对对比比数据处理器由加速芯片(FPGA、ASIC、SoC)与网卡构成。不同加速芯片在吞吐量、灵活性以及是否可编程有着不同的表现,例如从吞吐量指标分析,ASIC吞吐量最大;SoC吞吐量最低;FPGA位于两者之间。从可编程性与灵活性分析,SoC最为优异;ASIC不具备可编程性;FPGA可编程,但FPGA对应的硬件编程语言在编程复杂度上较繁琐,需要高效的编程框架(如Click
17、NP)支持。当前,业界部分厂商推出基于“ASIC+GP”的数据处理器,例如Mellanox(被英伟达收购)的BlueField系列,解决ASIC可编程性不足以及GP性能不足的,寻求灵活性与性能之间平衡点。目前,市场上数据处理器主流的技术路径为FPGA与SoC,其中FPGA成本较高,多为云计算厂商巨头自研。SoC研发成本与难度相对较低,更适合初创企业。不同数据不同数据处处理器理器对对比比性能性能(吞吐量)(吞吐量)软软件件编编程程灵活灵活性性加速芯片加速芯片研研发发成本成本售价售价500$易用性易用性困难100 ManYearFPGA800Gbps4T bps中等低较高低数数100 ManYea
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