摘要
本报告系统整理了数据中心核心专用处理器——数据处理单元(Data Processing Unit, DPU)的相关专业术语,覆盖硬件架构、软件栈、网络卸载、存储加速、安全加速、资源虚拟化六大核心技术维度,兼顾基础普及类与深度专业类术语需求。资料来源涵盖NVIDIA、中国移动、中国信息通信研究院(CAICT)、开放数据中心委员会(ODCC)等头部厂商及权威行业机构的官方技术文档,确保术语表述的行业共识性与技术准确性。
术语分类说明
DPU是继CPU、GPU之后数据中心的“第三颗主力芯片”,是专门用于处理数据中心基础设施层数据面任务的专用处理器,核心设计逻辑是“卸载、加速与隔离”——将原本由CPU承担的网络传输、存储访问、安全加密等基础设施任务完全剥离,通过专用硬件引擎实现高性能加速,同时依托独立的软硬件架构完成多租户资源隔离,从底层重构数据中心的资源协作模式 。
从技术本质上看,DPU是集通用计算、专用加速、高速互联能力于一体的异构系统级芯片(SoC),其技术架构遵循经典的“三平面分离”设计原则,这也是本次术语分类的核心逻辑依据:
- 控制平面:以多核ARM处理器为核心,运行完整的Linux操作系统,负责任务调度、资源编排、配置运维等全局管控逻辑;
- 数据平面:由网络加速引擎、存储加速引擎、安全加速引擎三类专用硬件处理单元组成,承担高吞吐量、低延迟的海量数据面任务处理;
- 接口平面:作为DPU与外部算力、存储资源的互联枢纽,包含PCIe总线接口、高速网络接口、存储接口三类核心物理互联形态 。
基于这一架构逻辑,同时兼顾行业技术交流的通用习惯,本次将DPU相关专业术语划分为硬件架构、软件栈、网络卸载技术、存储加速技术、安全加速技术、资源虚拟化六大类别。
DPU专业术语列表(100个)
一、硬件架构类(25个)
硬件架构是DPU性能的物理基础,其设计逻辑完全围绕“数据面高效处理”这一核心目标展开,既继承了传统智能网卡(SmartNIC)的高速传输能力,又通过集成通用计算核心、专用加速引擎实现了架构级的能力跃升 。
1. DPU:Data Processing Unit,数据处理单元,是面向数据中心构建的专用处理器,核心定位是卸载、加速及隔离来自主机CPU和GPU的基础设施层数据面任务,与CPU、GPU并列成为数据中心的“三大主力芯片” 。
2. SoC:System on Chip,系统级芯片,DPU的核心物理形态——将通用计算核心、高速互联接口、多种专用加速引擎集成在单一芯片上,实现异构资源的紧密耦合调度 。
3. 三平面分离架构:DPU的经典架构设计范式,将内部逻辑划分为控制平面、数据平面、接口平面三个独立层级,既实现管控灵活性与数据高性能的平衡,也达成了基础设施资源与主机核心算力的物理级隔离。
4. 控制平面:DPU的全局管控中心,通常基于多核ARM处理器构建,可运行完整的Linux操作系统,负责任务调度、资源编排、配置运维等非数据密集型管控任务 。
5. 数据平面:DPU的高性能数据处理核心,由网络、存储、安全三类专用硬件加速引擎阵列组成,专门负责处理高吞吐量、低延迟要求的海量数据面任务 。
6. 接口平面:DPU的外部资源互联枢纽,集成PCIe、高速网络、存储三类物理接口,支撑DPU与主机CPU、GPU、外部存储阵列、数据中心网络交换机的高效数据交互 。
7. ARM多核处理器:DPU控制平面的通用计算核心,主流产品多采用ARM Cortex-A系列高性能处理器,可独立运行轻量级服务、管控加速资源,也可配合硬件引擎处理灵活度要求较高的复杂数据面任务 。
8. ASIC:Application-Specific Integrated Circuit,专用集成电路,是DPU数据平面专用加速引擎的主流实现形态——针对网络协议解析、存储协议映射、加解密等特定任务进行硬件电路级定制设计,在功耗和性能表现上优于FPGA方案 。
9. FPGA:Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列,部分DPU产品集成的可编程加速引擎,面向网络新协议、存储新算法等任务场景时,可在不更换硬件的前提下通过更新逻辑电路实现功能迭代 。
10. NP:Network Processor,网络处理器,部分DPU产品数据平面的核心处理单元,兼顾ASIC的高性能与FPGA的可编程性,主要负责灵活度要求较高的复杂网络数据包解析与转发任务 。
11. PCIe:PCI Express,是DPU与主机处理器(CPU/GPU)进行内部互联的标准总线接口,主流DPU产品多采用Gen4/5版本,具备高带宽、低延迟的传输特性,是主机与DPU之间管控指令、数据面报文的核心交互通道 。
12. PCIe BDF地址:Bus, Device, Function Address,是DPU设备在PCIe互联拓扑中的唯一标识——由总线号、设备号、功能号三段信息组成,操作系统可通过该地址精准定位、管控DPU硬件资源 。
13. 高速网络接口:DPU与外部数据中心网络交换机互联的物理接口,主流DPU产品已普遍支持100G/400Gbps的以太网或InfiniBand接口,部分面向AI智算集群的高端产品已支持800Gbps甚至1.6Tbps的传输速率 。
14. InfiniBand(IB) :一种面向高性能计算(HPC)、AI训练集群场景的高速互联标准,具备高带宽、低延迟、天然支持流量控制的特性,是主流DPU产品的重要网络适配选项,可保障大规模算力集群的数据同步效率 。
15. RoCE:RDMA over Converged Ethernet,一种允许在以太网网络中执行远程直接内存访问(RDMA)操作的协议,兼顾RDMA的高性能与以太网的部署成本,是主流DPU产品支持的核心高性能网络协议,也是智算中心GPU集群互联的关键技术选择 。
16. iWARP:Internet Wide Area RDMA Protocol,一种基于互联网协议(IP)网络实现的RDMA传输层标准,相比RoCE具备更强的网络路由自适应能力,可在更复杂的数据中心网络拓扑中提供稳定的高性能数据传输,是DPU跨子网互联的重要技术支撑 。
17. HCA:Host Channel Adapter,主机通道适配器,是DPU产品上适配InfiniBand网络的专用硬件接口,负责处理底层的网络传输协商、链路级数据寻址,是DPU接入InfiniBand fabric集群网络的核心物理入口 。
18. NES:Network Engine Switch,网络引擎交换芯片,是部分DPU产品集成的专用硬件交换模块,可在芯片内部完成虚拟机、容器的虚拟网络接口与物理网络接口之间的线级速转发,进一步降低数据转发的处理延迟 。
19. 存储接口:DPU与外部存储资源互联的物理接口,主流形态包括NVMe、SATA等类,其中NVMe接口是DPU实现存储协议卸载、构建分离式存储架构的核心物理支撑,可直接对接高性能NVMe SSD存储资源 。
20. 内存子系统(MSS) :Memory Subsystem,DPU芯片集成的高速内存资源,通常采用高带宽、低延迟的存储介质,专门用作数据包缓存、元电文存储、加速引擎任务上下文存储,可显著减少对主机内存的访问频次 。
21. DPA:Data Path Accelerator,数据路径加速器,是DPU数据平面内辅助处理单元的统称,专注于为网络、存储、安全类任务提供额外的算力支撑,进一步卸载DPU控制平面的通用计算压力 。
22. ASAP²:Accelerated Switching and Packet Processing,NVIDIA公司开发的DPU硬件加速技术框架,可将数据包的交换、路由、转发等处理任务完全卸载到DPU数据平面的专用硬件上,实现线速级的网络报文处理,同时完全不占用主机CPU资源 。
23. SNAP:Storage-defined Network-accelerated Processing,由Solidigm公司提出的DPU存储加速技术框架——在DPU上运行专用协议转换容器,将远程NVMe存储资源虚拟化为本地块设备,直接提供给主机使用,整个过程的协议处理完全由DPU硬件加速完成 。
24. GSE:Global Scheduled Ethernet,全调度以太网,是中国移动面向智算集群场景提出的原创互联标准,可在DPU层面对全网数据流量进行统一调度和协同优化,大幅降低高并发场景下的网络延迟、丢包率,提升集群整体传输性能 。
25. 大云磐石DPU芯片:中国移动研发的国产化DPU产品,是业内首款全量支持GSE标准的DPU芯片,搭载高性能ARM核心、多类专用加速引擎和400Gbps高速网络接口,主要面向智算中心和高并发云计算场景,可完成与主流交换芯片的对接验证 。
二、软件栈类(20个)
DPU软件栈是释放硬件性能、实现基础设施任务卸载的关键支撑,它向上层应用提供标准化的编程接口与运行时服务,向下对接到DPU的硬件加速资源,实现软硬件协同的高性能任务调度。从架构层次上划分,DPU软件栈主要分为驱动固件层、框架层、工具链层和应用层四个层级 。
1. DOCA:Data Center Infrastructure-on-a-Chip Architecture,NVIDIA公司为BlueField系列DPU设计的专属软件开发框架,作用等同于GPU生态的CUDA平台——提供完整的SDK、运行时库、工具链及容器化支持,允许开发者调用DPU的硬件加速资源,编程实现网络、存储、安全类的基础设施卸载任务 。
2. DPDK:Data Plane Development Kit,开源的高性能网络数据面开发套件,是DPU生态中最常用的基础软件组件之一。它通过轮询模式驱动(PMD)、零拷贝等技术,绕过操作系统内核的复杂协议栈,直接在用户态进行网络数据包接收和转发,大幅提升数据面处理效率 。
3. SPDK:Storage Performance Development Kit,开源的高性能存储数据面开发套件,与DPDK设计逻辑一致,通过用户态直接访问存储硬件的方式,绕过主机内核的存储协议栈,大幅提升存储I/O的处理效率,是DPU实现存储协议卸载的核心支撑软件之一 。
4. eBPF:extended Berkeley Packet Filter,扩展的伯克利包过滤技术,是DPU软件栈的核心组件。它允许在用户态开发高效的网络数据包过滤、转发、监控处理逻辑,再将这些逻辑以字节码形式加载到DPU内核态执行,在不修改内核源码的情况下实现灵活的流量控制功能 。
5. XRP:eXtensible Register Pipeline,可扩展寄存器级处理流水线,是部分DPU软件栈中内置的高级数据包处理技术——在DPU的网络驱动层面实现对网络流量的快速识别和处理,允许开发者使用高级语言自定义数据面转发逻辑,在不重启硬件设备的前提下实时更新流量处理策略 。
6. vDPA:Virtual Data Path Acceleration,虚拟数据路径加速框架,是一种高性能的虚拟化I/O技术框架——它将数据面的虚拟化任务完全卸载到DPU硬件上,虚拟机的虚拟I/O请求可以直接通过DPU的物理硬件接口转发,在提升虚拟化性能的同时,实现了不同虚拟机之间的网络隔离。
7. SR-IOV:Single-Root I/O Virtualization,单根IO虚拟化技术,是DPU实现I/O硬件资源虚拟化的主流标准技术。它允许将DPU的单个物理网络/存储接口,虚拟化为多个独立的虚拟功能(VF),直接分配给不同的虚拟机使用,实现高性能的硬件级I/O虚拟化,大幅减少虚拟机的I/O模拟开销 。
8. VFIO:Virtual Function I/O,虚拟功能IO框架,Linux内核中支持SR-IOV技术的核心驱动框架,为虚拟机访问DPU的虚拟功能(VF)硬件资源提供了统一的安全接口层,允许虚拟机直接访问DPU的硬件加速资源,绕过主机内核的复杂协议栈,实现高性能的虚拟化I/O传输。
9. RShim:Reference Shim,NVIDIA公司BlueField系列DPU软件栈中的核心控制通信模块,负责在主机操作系统和DPU的ARM核心之间建立带内管控通信通道,传输配置指令、状态监控信息及调试信息,是DPU固件升级、配置同步的核心支撑组件 。
10. BSP:BlueField Support Package,BlueField主板支持包,是NVIDIA公司为BlueField系列DPU提供的专属底层软件支撑包——包含DPU的ARM核心驱动、硬件接口控制逻辑、默认配置参数及基础管理工具,是上层DOCA框架与底层硬件交互的基础依赖组件 。
11. SUS:Software Update Service,软件更新服务,是DPU软件栈中负责固件、驱动包及上层软件包的管理、升级与版本校验的后台服务组件,通常集成在DPU的BSP底层支撑包中,保障DPU软硬件版本的兼容性,确保升级过程中业务不中断 。
12. MLNX_OFED:Mellanox OpenFabrics Enterprise Distribution,是NVIDIA公司(原Mellanox)为其Ethernet/InfiniBand网络适配器开发的专属驱动集合包,DPU的HCA网络接口驱动、RDMA传输协议驱动均包含在内,是保障DPU高速网络功能正常运行的基础软件支撑。
13. MFT:Mellanox Firmware Tools,原Mellanox公司的固件管理工具集,是NVIDIA公司BlueField系列DPU的专属固件管理工具,提供固件版本刷新、硬件配置参数读取、设备功能状态查询、固件镜像校验等功能,是DPU生产、部署、运维阶段的核心管理工具 。
14. OVS:Open vSwitch,开源的虚拟交换机软件,是DPU网络虚拟化功能的核心支撑组件,通常运行在DPU的控制平面上,可为虚拟机、容器、虚拟网络功能(VNF)提供高弹性的虚拟网络转发能力,其数据面转发功能可被DPU的硬件加速引擎完全卸载。
15. TC Flower:Linux内核中流量控制工具的主流分类器模块,是DPU软件栈中重要的流量控制支撑组件——配合OVS的虚拟交换机转发逻辑,实现对网络流量的精细管控,包括流量分类、优先级分配、流量调度等,同时支持将这些管控规则卸载到DPU的硬件数据平面执行 。
16. DCT:Direct Cache Access,直接缓存访问技术,是DPU软件栈中的关键性能优化技术——通过主机的CPU缓存完成网络数据包的临时存储,大幅减少数据包处理时的主机内存访问延迟,提升主机与DPU协同处理任务时的性能,尤其对小尺寸数据包的传输性能提升显著 。
17. VPI:Virtual Protocol Interconnect,NVIDIA公司推出的跨网络协议统一适配技术,允许DPU的同一物理网络接口同时适配InfiniBand及Ethernet两类网络协议,并行接入两个不同的网络子网,由DPU硬件层面自动完成协议识别和适配,简化了多协议网络环境下的部署复杂度 。
18. XST:eXtensible Session Transfer,可扩展会话传输技术,是部分DPU软件栈中支持多路径传输优化的支撑组件——对上层业务的网络传输会话进行统一管理,在数据层面对业务流量进行负载分担,提升高并发场景下的网络传输吞吐量,这一技术在AI训练集群场景中尤为关键 。
19. Libfcntl:一种主流的DPU软件配置管理接口库,属于DPU软件栈中的控制平面核心组件,提供对DPU数据平面加速引擎的配置、管控、状态反馈等接口,上层的DOCA、SPDK等框架均依赖该库实现对DPU硬件资源的调度。
20. vhost-net:Linux内核中提供的虚拟化网络加速技术,是DPU软件栈的重要虚拟化支撑组件——可将虚拟机的网络数据包收发处理任务,从主机内核态卸载到DPU的用户态处理框架中,大幅减少虚拟机的网络I/O处理开销,提升虚拟化网络性能。
三、网络卸载技术类(20个)
网络卸载是DPU的核心基础功能——将主机CPU从内核态处理网络协议栈的繁重工作中解放出来,是DPU实现数据面高性能转发的关键基础。该类技术覆盖从底层网络传输协议到上层网络虚拟化逻辑的全链路卸载场景。
1. 协议卸载:DPU的核心基础技术,本质是一种硬件加速优化机制——将原本由主机CPU负责处理的网络协议栈、存储协议栈及安全协议栈的相关任务,全部转移到DPU数据平面的专用硬件加速引擎上执行,通过专用硬件电路实现协议处理加速,大幅减轻主机CPU的算力负担 。
2. LSO:Large Send Offload,大量发送卸载技术,DPU网络卸载技术的一种,可将上层业务程序交付的大尺寸网络数据包,由DPU硬件层自动分割为多个符合标准MTU尺寸要求的子数据包,再进行传输,这一过程完全不需要主机CPU的参与,大幅减少了主机的数据包处理开销 。
3. LRO:Large Receive Offload,大量接收卸载技术,DPU网络卸载技术的一种,与LSO功能方向完全相反——在网络数据接收侧,将多个关联的小尺寸网络数据包,由DPU硬件层自动合并为一个大尺寸数据包后,再交付给主机操作系统的网络协议栈,大幅减少主机内核态的数据包处理次数,降低CPU占用率 。
4. TSO:TCP Segmentation Offload,TCP分段卸载技术,DPU网络卸载技术的一种,专门针对TCP协议的处理进行优化——将上层业务交付的大尺寸TCP数据包,由DPU的硬件加速引擎自动分割为多个符合标准MSS尺寸要求的子数据包,同时自动完善每个子数据包的TCP协议头信息,这一过程完全不需要主机CPU的参与 。
5. UFO:UDP Fragmentation Offload,UDP分片卸载技术,DPU网络卸载技术的一种,专门针对UDP协议的处理进行优化——将上层业务交付的大尺寸UDP数据包,由DPU的硬件加速引擎自动分割为多个符合标准MTU尺寸要求的子数据包,这一过程完全卸载到DPU硬件上执行,不占用主机CPU资源 。
6. RX:Receive,网络数据接收的专用缩写,用于描述DPU从外部网络设备接收数据包的方向,是DPU数据平面入方向数据处理的起点。
7. TX:Transmit,网络数据发送的专用缩写,用于描述DPU向外部网络设备发送数据包的方向,是DPU数据平面出方向数据处理的终点。
8. RDMA:Remote Direct Memory Access,远程直接内存访问,是DPU支撑高性能数据传输的核心基础技术——允许网络中不同节点的应用程序,直接远程访问对方服务器的内存资源,不需要双方操作系统内核的参与,实现了内核旁路的零复制传输,将数据传输延迟降低到微秒级,极大减轻了双方主机的CPU负担 。
9. RVF:RDMA over Virtual Function,基于虚拟功能的RDMA加速技术,是一种面向虚拟化场景的高性能网络传输技术——将RDMA的传输能力与SR-IOV的虚拟化能力相结合,为虚拟机提供高性能的RDMA传输能力,在保障虚拟化资源隔离性的前提下,实现虚拟机网络传输性能的物理机级逼近 。
10. SRP:SCSI RDMA Protocol,SCSI RDMA协议,是一种基于RDMA高速网络传输的SCSI存储协议——将SCSI协议的命令和数据封装在RDMA的传输帧中,在实现SCSI存储块数据高速传输的同时,完全卸载主机CPU的协议处理任务,是DPU实现存储加速的关键支撑技术。
11. iSER:iSCSI RDMA Protocol,互联网小型计算机系统接口RDMA协议,是一种基于RDMA高速网络传输的iSCSI存储协议——将iSCSI协议的命令和数据封装在RDMA的传输帧中,兼顾iSCSI协议的部署灵活性与RDMA的高性能低延迟,是DPU实现IP类存储加速的关键支撑技术。
12. IPoIB:IP over InfiniBand,基于InfiniBand网络的IP协议传输技术,是一种允许DPU在InfiniBand网络上传输传统IP数据包的适配技术。DPU的硬件加速引擎可完成IP报文与InfiniBand报文的格式转换,让上层基于IP协议的业务应用无需修改,即可直接部署在InfiniBand网络上。
13. VxLAN:Virtual Extensible Local Area Network,虚拟可扩展局域网,是一种主流的网络虚拟化叠加协议,是实现数据中心内多租户动态虚拟网络的关键技术。DPU可对VxLAN协议的封装、解封装、转发操作进行硬件加速,卸载主机CPU的相关任务,同时支撑虚拟网络的大规横向扩展,满足云场景下的多租户隔离需求 。
14. GPE:Generic Protocol Encapsulation,通用协议封装技术,是一种主流的网络虚拟化协议封装格式,允许DPU对包括VxLAN、GRE在内的多种主流网络虚拟化协议进行统一的封装和解封装,这一过程完全由DPU数据平面的硬件加速引擎执行,实现多协议网络虚拟化场景下的高性能转发。
15. NVGRE:Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation,使用通用路由封装的网络虚拟化技术,是一种由微软提出的主流网络虚拟化叠加协议,与VxLAN协议功能类似,也用于构建数据中心内的多租户虚拟网络。DPU可对NVGRE协议的封装、解封装、转发操作进行硬件加速,卸载主机CPU的相关任务。
16. OpenFlow:一种在数据中心里广泛使用的SDN(软件定义网络)标准南向接口协议,是DPU支持的重要网络虚拟化技术规范——通过统一的接口规范,对DPU的虚拟交换机转发流表进行集中管控,实现网络流量的精细控制,支持将流表的匹配、转发等处理任务卸载到DPU的硬件数据平面上执行 。
17. SNAT:Source Network Address Translation,源地址转换技术,是DPU支撑网络虚拟化的重要辅助技术——可对经过其物理接口的数据包进行源IP地址替换,修改为外部网络可路由的地址,实现数据中心内部多租户虚拟网络共享公网IP资源的同时,对外部网络隐藏内部租户的拓扑结构。
18. DNAT:Destination Network Address Translation,目的地址转换技术,是DPU支撑网络虚拟化的重要辅助技术——可对经过其物理接口的数据包进行目的IP地址替换,将外部网络请求的公网IP地址,映射为数据中心内部虚拟网络中的租户业务IP地址,实现外部网络访问内部租户资源的安全路由。
19. DDP:Data Direct Path,数据直通技术,是由云豹智能提出的DPU关键加速技术,核心逻辑是在DPU内部完成从虚拟网络接口到物理网络接口的转发路径优化,让上层业务的网络数据报文无需经过主机内核的复杂协议栈,直接通过DPU的物理接口转发,实现高性能的虚拟网络物理层直通。
20. COC:Cache on Chip,片上缓存技术,是DPU提升网络转发性能的重要优化技术——在DPU的网络转发引擎上集成专用的缓存存储空间,用于临时存储需要优先处理的关键业务数据包,减少数据传输的内存访问延迟,保障高优先级业务的网络传输质量。
四、存储加速技术类(20个)
存储加速是DPU的核心价值延伸——随着网络存储协议的成熟,数据中心的存储流量占比越来越高,对流量的处理延迟和吞吐量提出了更高的要求。存储加速技术将主机CPU从繁重的存储协议处理中解放出来,是构建分离式存储架构的关键支撑。
1. NVMe-oF:NVMe over Fabrics,基于网络的NVMe存储协议,是DPU支撑高性能网络存储的核心基础技术——将本地NVMe存储接口协议的能力,通过DPU的硬件加速引擎扩展到网络中,允许远程服务器像访问本地NVMe SSD一样,直接访问共享的远程NVMe存储资源。
2. NVMe-oF Initiator:NVMe-oF 启动端,是DPU支撑高性能网络存储的核心角色定义——部署在需要使用存储资源的主机侧,将主机的本地NVMe存储请求指令,转换为标准化的NVMe-oF网络协议数据包,通过DPU的高速物理网络接口转发到远端存储阵列,这一过程完全卸载到DPU硬件上执行 。
3. NVMe-oF Target:NVMe-oF 目标端,是DPU支撑高性能网络存储的核心角色定义——部署在提供存储资源的存储服务器侧,将远端主机发送的NVMe-oF网络协议数据包,解析为本地NVMe存储设备可以识别的读写请求指令,完成对存储介质的读写操作,这一过程完全卸载到DPU硬件上执行 。
4. SCST:一种开源的高性能存储I/O框架,是DPU实现NVMe-oF Target功能的核心支撑组件——允许DPU将其物理存储资源通过网络共享发布给主机,同时提供高弹性的存储I/O处理逻辑,将存储协议的处理任务完全卸载到DPU的硬件加速引擎上,为上层业务提供高性能的存储卷能力 。
5. IOAT:Accelerator Technology,存储I/O加速技术,是DPU提升存储访问性能的核心优化技术——通过DPU的专用存储加速引擎,直接处理主机的存储I/O请求,在主机的业务内存和存储设备之间建立直接的传输通道,将存储数据传输过程中的中间拷贝操作次数降到最低,大幅降低存储访问的延迟。
6. FCoE:Fibre Channel over Ethernet,以太网上的光纤通道,是一种允许在以太网网络上传输FC(Fibre Channel)存储协议帧的适配技术——DPU的硬件加速引擎可完成FC存储报文与以太网报文的格式转换,实现高性能的存储数据传输,对现有基于FC存储网络的传统架构具备良好的兼容性。
7. storage key:存储密钥,是DPU支撑存储安全加速的核心技术对象——由DPU的硬件级随机数生成器生成,专属绑定到指定的存储加速资源,对通过DPU加速引擎传输的存储数据进行加密和解密操作,保障存储数据在传输和存储过程中的安全性。
8. SSP:Storage Service Provider,存储服务提供方,是DPU支撑存储加速的核心管理逻辑组件——运行在DPU的控制平面上,为上层主机提供存储资源的映射管理、连接配置等管控服务,协调网络传输和存储I/O处理之间的资源调度,确保两者在性能上达到最佳匹配。
9. T10 DIF:T10 Data Integrity Field,T10委员会数据完整性字段,是一种由国际信息技术标准委员会(INCITS)T10技术委员会制定的存储数据完整性校验标准——在每个存储数据块的末尾附加一个完整性校验字段,DPU的存储加速引擎可以在数据传输、存储的过程中对该校验字段进行实时校验,提前识别并修复存储数据传输过程中的损坏问题。
10. DDP:Data Digest Parsing,存储数据摘要解析技术,是DPU提升存储加速性能的关键辅助技术——在存储数据到达DPU的存储加速引擎时,对数据的校验摘要进行实时解析,提前对存储数据的完整性、合法性进行校验,只有通过校验的存储数据才会被转发到主机或存储设备,避免无效数据的后续处理。
11. DDS:DPU-optimized Disaggregated Storage,DPU优化的分离式存储架构,是一种由DPU支撑的新型存储架构设计——将计算资源和存储资源完全物理分离,两者之间通过DPU的高速网络传输资源进行互联,DPU则作为存储网络的访问入口,实现存储资源的池化调度,提升存储资源的利用率。
12. SCSI:Small Computer System Interface,小型计算机系统接口,是一种广泛应用于存储服务器中的通用存储设备连接协议,用于主机和存储设备之间的命令、状态及数据交互。DPU可对SCSI协议的命令解析、数据传输、状态校验进行硬件加速,卸载主机CPU的协议处理任务。
13. QSP:Queue Stomping Protocol,队列抢占协议,是一种DPU提升高并发存储场景性能的优化技术——在DPU的存储加速引擎上实现对多个主机并发存储请求的优先级调度逻辑,将高优先级的存储请求优先分配到高性能的存储队列中,保障高优先级业务的存储访问质量。
14. CAS:Cache Acceleration Software,缓存加速软件,是DPU提升存储访问性能的核心技术形态之一——将DPU上的高速内存介质或高性能SSD介质作为主机的存储缓存空间,利用DPU的高速传输能力和就近性,缓存热点存储数据,减少主机对远程存储资源的访问频次,提升存储访问性能。
15. SGL:Scatter-Gather List,分散-聚集列表,是DPU存储加速引擎支撑的高效数据存储传输机制——允许DPU的存储加速引擎,将主机内存中多个不连续的物理内存地址空间的数据,一次性聚集合并为一个连续的存储数据报文,再发送到远程存储设备;反之也可以将远程存储的分散数据块,直接分散写入主机的多个不连续的物理内存地址空间。
16. LBA:Logical Block Address,逻辑块地址,是存储设备中数据块的通用编址规范,主机和存储设备之间通过LBA值定位数据块的位置。DPU的存储加速引擎可以在协议处理过程中,对主机请求的LBA值进行快速映射和转换,将远程存储资源的LBA区间,映射为本地主机可以识别的LBA区间,实现对主机的无感知存储资源池化。
17. PrP:PCIe Request Pipelining,PCIe请求流水线技术,是DPU提升存储访问性能的关键优化技术——在DPU的存储加速引擎上对存储设备的PCIe传输请求进行流水线化调度,将多个存储设备的读写请求合并为一次PCIe总线传输任务,大幅减少PCIe总线的事务处理次数,提升总线传输的利用率。
18. SATA:Serial ATA,串行ATA,是一种早期流行的本地存储设备接口协议,主流DPU产品的接口平面均支持该协议的物理接口,通过该接口对接的大容量低成本SSD或HDD,可以通过DPU的存储加速引擎虚拟化为远程网络存储资源,提供给主机使用。
19. MPIO:Multi-Path Input/Output,多路径输入输出技术,是DPU支撑存储网络高可用的技术组件——在主机和DPU的存储加速引擎之间,建立多条独立的物理存储网络传输路径,当其中一条路径出现网络故障时,DPU会自动将存储I/O请求切换到其他可用的物理路径上,保障存储业务的连续性。
20. iSCSI:Internet Small Computer System Interface,互联网小型计算机系统接口,是一种基于TCP/IP协议实现的存储资源虚拟化协议,可在IP网络中传输标准SCSI存储命令,是构建集中式网络存储区域网络(SAN)的核心技术。DPU的存储加速引擎可对iSCSI协议的处理进行全链路硬件加速,卸载主机CPU的协议处理任务。
五、安全加速技术类(10个)
安全加速是DPU实现基础设施隔离的关键技术支撑——在数据中心内部的网络数据传输、存储数据读写过程中,加解密、内容检测、安全隔离这类必要的安全检查操作,会消耗大量的主机CPU资源,DPU的安全加速技术完全卸载了这部分主机算力开销,还实现了对数据面报文的“不 touch 主机内存”的安全处理路径。
1. IPsec:Internet Protocol Security,互联网协议安全,是一种主流的网络通信安全协议规范,通过对通信双方的网络数据包进行加解密和完整性校验,实现数据传输过程中的防窃听、防篡改、防伪造保护。DPU可对IPsec协议的处理进行硬件加速,卸载主机CPU的密码计算任务。
2. SSL/TLS:Secure Sockets Layer/Transport Layer Security,安全套接层/传输层安全,是广泛应用于互联网业务访问的加密通信协议规范,用于对业务侧的应用层数据包进行加解密和完整性校验。DPU可将SSL/TLS协议的加解密处理任务,完全卸载到其安全加速引擎上,卸载主机CPU的密码计算任务。
3. MACsec:Media Access Control Security,媒体访问控制安全,是一种主流的二层网络安全协议规范,对物理接口上的二层网络数据包进行加解密和完整性校验,保障数据中心内部同子网下的设备间的网络通信安全。DPU可对MACsec协议的处理进行硬件加速,卸载主机CPU的密码计算任务。
4. rfc826:RFC 826,是一种标准的网络地址解析协议(ARP)规范,用于将网络设备的IP地址转换为对应的物理MAC地址,以支持数据包在二层网络链路中的正确转发。DPU的安全加速引擎可对ARP协议的交互过程进行安全校验,防范ARP欺骗、中间人攻击等网络层威胁。
5. CHAP:Challenge Handshake Authentication Protocol,挑战握手认证协议,是一种在网络存储场景中广泛使用的身份验证协议规范——通过三次握手校验存储访问请求方的合法身份,在存储连接建立过程中有效过滤非法请求。DPU的安全加速引擎可对CHAP协议的交互过程进行优化处理,卸载主机侧的协议校验的计算任务。
6. AES:Advanced Encryption Standard,高级加密标准,是目前全球业界使用最广泛的对称加密算法标准,用于对网络传输数据、存储静态数据进行加密保护。DPU的安全加速引擎内置了AES算法的硬件电路级实现,可高速完成AES算法的加密、解密计算任务,卸载主机CPU的密码计算任务。
7. RSA:Rivest-Shamir-Adleman,是目前业界使用最广泛的非对称加密算法标准,主要用于业务通信过程中的身份校验、密钥协商、数字签名等场景。DPU的安全加速引擎内置了RSA算法的大数运算硬件加速电路,可高速完成RSA算法的身份校验、会话密钥交换计算任务,卸载主机CPU的密码计算任务。
8. SHA:Secure Hash Algorithm,安全哈希算法,是业界广泛使用的加密哈希算法系列,主要用于对网络传输数据包、存储数据的完整性校验——通过生成数据的哈希值,与校验信息比对的方式,识别数据是否被篡改。DPU的安全加速引擎内置了SHA系列算法的硬件电路级实现,可高速完成哈希值计算任务,卸载主机CPU的密码计算任务。
9. PKA:Public Key Accelerator,公钥密码加速器,是DPU安全加速引擎的内部专用硬件处理单元,用于加速基于公钥的非对称加密算法计算、数字签名校验、身份验证协商等密集型密码学计算任务。
10. DEK:Data Encryption Key,数据加密密钥,是DPU用于对业务负载数据进行加密的对称密钥,由DPU的安全加速引擎内的硬件随机数生成器生成,不会离开DPU的安全计算单元,保障了密钥本身的安全。
六、资源虚拟化类(15个)
资源虚拟化是DPU实现资源解耦式架构的核心技术支撑——通过DPU的硬件能力,将数据中心的物理网络、存储、算力资源,都抽象为可调度的逻辑资源,实现单一物理资源的多分片虚拟化,以及跨多物理资源的虚拟化调度。DPU本身也作为池化资源,被上层计算节点调度使用。
1. SR-IOV:Single-Root I/O Virtualization,单根IO虚拟化技术,是DPU实现硬件级虚拟化的核心标准技术,由PCIe-SIG组织定义的标准虚拟化规范。它允许将DPU的单个物理网络/存储接口,虚拟化为一个具备完整物理能力的物理功能(PF)和多个轻量化的虚拟功能(VF),每个VF都有独立的资源ID和数据路径,可以直接分配给不同的虚拟机使用,实现高性能的硬件级I/O虚拟化。
2. MR-IOV:Multi-Root I/O Virtualization,多根IO虚拟化技术,是一种进一步扩展的硬件级虚拟化技术——将多个DPU的物理网络/存储接口资源,进行统一抽象聚合,虚拟化为多个标准化的跨设备虚拟功能(VF),动态分配给集群中的不同虚拟机使用,实现跨多根物理网络接口的虚拟化资源调度。
3. VF:Virtual Function,虚拟功能,是SR-IOV/MR-IOV技术规范下的轻量化虚拟设备——由DPU的物理接口虚拟而来,具备该物理接口的绝大多数数据转发能力,与同一接口下的其他VF资源在数据平面上做到完全隔离,可以直接分配给虚拟机使用。
4. PF:Physical Function,物理功能,是SR-IOV/MR-IOV技术规范下的具备完整物理接口控制能力的核心虚拟设备——用于管理对应物理接口下的所有VF资源,包括VF的资源分配、配置同步、状态监控、回收调度等,是DPU的虚拟化管理控制平面的核心功能入口。
5. VDPA:Virtio PCIe Device Assignment,基于PCIe设备隔离的virtio虚拟化加速技术,是一种标准化的虚拟化加速传输框架——将virtio的半虚拟化驱动框架下的数据面转发任务,完全卸载到DPU的硬件加速引擎上执行,为虚拟机提供接近物理设备级别的I/O传输性能。
6. virtio:Virtual Input/Output,虚拟输入输出,是半虚拟化虚拟化架构下的通用虚拟化I/O设备传输标准,为虚拟机提供一系列标准化的虚拟网络、存储、仲裁等I/O设备接口。DPU的virtio加速引擎可对这一类标准virtio接口的虚拟化I/O请求进行硬件加速处理,卸载主机CPU的相关任务。
7. vHOST:Virtual Host,虚拟主机,是一种Linux内核中提供的虚拟化网络加速技术框架——配合DPU的硬件加速引擎,将虚拟机的网络数据包收发处理任务,从主机的内核态卸载到DPU的用户态处理框架中,大幅减少虚拟机的网络I/O处理开销。
8. vHost-user:一种标准化的虚拟化网络加速技术框架,是vHOST技术的升级演进版本——将vHOST数据面转发处理逻辑,从主机的内核态完全剥离出来,运行在DPU的用户态处理框架上,通过标准的virtio协议接口与虚拟机进行数据交互,进一步提升虚拟化网络的性能和稳定性。
9. CVQ:Command/Response Queue,命令响应队列,是一种在半虚拟化场景下,DPU与虚拟机之间的标准化通信机制——双方通过在主机内存中共享的队列空间,进行虚拟化I/O指令、传输状态信息的交互,这一过程可以完全卸载到DPU的硬件加速引擎上,减少虚拟机的虚拟到物理的地址映射开销。
10. VMBus:Virtual Machine Bus,虚拟机总线,是一种在虚拟化场景下,DPU与虚拟机之间的标准化通信总线——在虚拟机的内部虚拟总线和DPU的物理加速引擎之间建立起专用的通信通道,进行虚拟化I/O指令、数据及状态信息的交互,实现高效的虚拟化I/O传输。
11. NVMe-oF Virtualization:NVMe-oF虚拟化技术,是一种将NVMe-oF的存储能力资源虚拟化的技术规范——允许将基于NVMe-oF协议的远程存储资源,虚拟化为多个独立的标准逻辑存储卷,直接分配给不同的虚拟机使用,由DPU的存储加速引擎提供数据面转发支撑。
12. VLAN:Virtual Local Area Network,虚拟局域网,是一种主流的网络虚拟化技术规范——可以将DPU接口平面下的一个物理网络接口,虚拟化为多个独立的虚拟二层广播域,实现不同虚拟机之间的网络二层流量隔离,提升网络的安全性,以及网络资源的复用率。
13. VXLAN:Virtual Extensible Local Area Network,虚拟可扩展局域网,是一种主流的网络虚拟化叠加协议规范,由IETF组织定义,是实现数据中心内多租户动态虚拟网络的关键技术。DPU可对VXLAN协议的封装、解封装、转发操作进行硬件加速,卸载主机CPU的相关任务。
14. Geneve:Generic Network Virtualization Encapsulation,通用网络虚拟化封装协议,是一种由VMware、思科等厂商共同提出的主流网络虚拟化叠加协议——与VXLAN协议功能类似,也用于构建数据中心内的多租户虚拟网络,在协议封装格式上具备更强的灵活性,可适配多协议的虚拟化场景。DPU可对Geneve协议的封装、解封装、转发操作进行硬件加速,卸载主机CPU的相关任务。
15. ECMP:Equal-Cost Multi-Path,等价多路径,是一种主流的网络负载均衡转发技术——在DPU上实现,可将多个虚拟机的流量,基于标准化的哈希分发算法,分配到多个不同的物理网络传输路径上,在提高网络带宽利用率的同时,实现物理网络层的高可用,避免单条物理链路中断导致的业务中断。
结语
本次整理的100个DPU专业术语,覆盖了DPU技术体系的核心维度,既包含了支撑基础认知的普及类通用术语,也包含了实现底层技术细节的深度类专业术语。这些术语从硬件架构的基础定义,到软件栈的接口规范,再到网络、存储、安全、虚拟化的具体技术实现,共同构成了DPU的完整技术逻辑体系。
值得注意的是,DPU技术正处于快速迭代升级的关键阶段,新的技术术语、技术定义还在持续不断地补充和优化中,不同厂商的技术路线和技术实现方案也存在着显著差异。因此,在实际工程落地和技术交流中,需要结合具体行业标准和DPU产品技术文档,对相关术语的定义和技术细节进行精准确认。
夜雨聆风