破局丨DPU賽道興起，國內智能網卡行業如何引領新局面_風聞

來源：內容由半導體行業觀察（ID:icbank）原創，作者：李晨光，謝謝。

近年來，人工智能、雲服務、大數據等技術的興起，對網絡提出了前所未有的要求，廣泛的業務層需求致使數據中心快速增長。數據中心作為進行大規模計算、海量數據存儲和提供互聯網服務的基礎設施，正在向高帶寬和新型傳輸體系發展，網絡傳輸速率邁向100Gbps，且未來快速向200Gbps與400Gbps發展。

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絡安全等，給服務器基礎設施計算節點的CPU帶來了巨大的壓力。在後摩爾定律時代下，CPU算力增速放緩，相對數據中心網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、網絡傳輸等方面的性能，進而催生了智能網卡（SmartNIC）的需求。

相比傳統網卡僅負責數據鏈路的傳輸、網絡堆棧算法和協議。智能網卡作為一種有編程能力的網卡，能夠滿足數據平面網絡處理需求併兼容現有網絡協議生態，進而卸載CPU的網絡處理工作負載和任務，在數據中心中提供低延時、高帶寬的網絡服務，減少CPU的算力負擔，提高整體解決方案的效率。

此外，通過使用智能網卡提高每個計算節點的計算能力，在同等算力下，使用智能網卡所需的服務器數量更少，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省，大大降低了大規模部署網絡服務的總擁有成本。

智能網卡市場規模預測

在各類新興技術的發展帶動下，全球智能網卡行業市場規模逐步攀升，據預測，智能網卡市場規模未來將達百億美元級別，智能網卡行業將迎來高速發展。

國產智能網卡的困局與破局

當前趨勢下，各大雲和服務器廠商都在迫切尋求基於智能網卡的解決方案，來降低其硬件投入和能耗成本，智能網卡方案逐步成熟。目前行業領先的廠商包括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卡生產廠商，反觀國內，中國智能網卡行業整體較國際巨頭差距較大，落後原因在於技術積累不足以及上游EDA和先進製程工藝被國外掌控。雖然智能網卡軟件行業進入門檻較低，但中國本土企業創新速度同樣落後於國際巨頭智能網卡硬件壁壘。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，謀求國內智能網卡行業發展的新局面。其中，芯啓源（Corigine）作為本土智能網卡行業領先者，正在積極佈局。芯啓源智能網卡SmartNIC從去年開始已經實現量產，作為國內領先的智能網絡核心芯片和系統解決方案供應商，芯啓源可提供國產、自主可控的核心芯片和高速智能網卡解決方案，打造從芯片到網卡的自主可控國產化。

據瞭解，芯啓源的智能網卡是目前國內唯一基於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，並已實現量產。

芯啓源基於可編程SoC的智能網卡（圖源：芯啓源）

該方案採用了業界領先的NP眾核技術架構實現高效且靈活的網絡報文處理，具有高性能、低成本、低功耗、高度拓展、可編程性極強等特點。

芯啓源智能網卡優勢一覽（圖源：芯啓源）

從架構方面來看，智能網卡可基於ASIC、FPGA和MP（Multi-core，包含SoC-GP、SoC-NP）三類核心處理器進行設計，基於不同核心處理器的智能網卡特點各異。

基於ASIC設計的智能網卡門檻較高，研發週期長（需要兩年左右的開發週期），中等複雜度的ASIC前期研發成本在幾百到兩千萬美元不等，具有高性價比優勢，但在可編程性方面存在不足；

基於FPGA的智能網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複雜性以及開源生態不完善的劣勢；

基於MP設計的智能網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，實現單點突破的產品模式，或尋求不同需求點之間的平衡。芯啓源智能網卡解決方案基於業界先進的NP眾核技術架構，憑藉網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用於業務控制與管理等特性，能夠提供有競爭力的智能網卡解決方案，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。

芯啓源DPU內部架構圖（圖源：芯啓源）

基於芯啓源DPU的主機虛擬化方案

芯啓源智能網卡解決方案可提供從芯片、板卡、驅動軟件和全套雲網解決方案產品，覆蓋了先進的DPU芯片技術、智能網卡SmartNIC板卡設計製造技術以及協同雲網絡軟件綁定的生態化軟件技術，包括軟件定義網絡安全、虛擬化技術和現代化的集羣化存儲、負載均衡技術，可為國內5G通訊、雲數據中心、網絡安全等應用提供極具競爭力的解決方案。

在大數據、雲計算時代數據量和傳輸速度的飛速增長，以DPU芯片為主的智能網卡，通過靈活的可編程能力加速對新需求的開發和實現，能大幅提升雲數據中心性能，並有效節約服務成本，必將會帶來對傳統網卡的替代趨勢，有着巨大的市場前景。芯啓源提供業界領先成熟的DPU編程開發套件SDK，全面支持P4/C等混合網絡應用編程。

芯啓源DPU編程開發SDK

芯啓源完整的智能網卡產品和解決方案的能力，獲得了多家頭部客户的訂單。其中，中國移動蘇研院的首批智能網卡訂單正是採購的芯啓源的產品，在中移動大雲系統網絡層面，芯啓源智能網卡通過透明卸載SDN控制器關鍵雲網流表至網卡硬件中加速，可徹底釋放大量被網絡業務消耗的服務器CPU和內存資源，全面提升中移動雲機虛擬化效率。目前雙方已成立了聯合實驗室，將共同推進下一代智能網卡的開發。

浪潮之下，DPU行業格局生變

另一方面，再來看看DPU芯片，DPU是 Data Processing Unit（數據處理單元）的簡稱，是最新發展起來的專用處理器的一個大類，為高帶寬、低延遲、數據密集的計算場景提供計算引擎。算力經濟下，DPU快速發展，有望成為繼CPU、GPU之後，數據中心場景中的第三大算力支柱。

可以理解為，DPU正是為處理網絡數據而生，DPU的出現有效緩解了CPU的壓力，基於DPU的智能網卡將成為雲數據中心設備中的核心網絡部件，逐漸承擔所有網絡數據處理、分發的重任，從而從根本上實現軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）的諸多優勢，有效降低雲計算的性能損失，釋放CPU算力，降低功耗的同時大大減少雲數據中心的運營成本。

DPU工作原理（網絡傳輸運算）與傳統網卡工作原理對比（圖源：頭豹研究院）

頭豹研究院數據指出，中國DPU市場規模增長週期與數據中心升級週期契合，通常數據中心帶寬升級週期在3年左右，中國將在2023-2025年進入下一輪服務器設備以及DPU更換週期，DPU市場規模將有明顯的增幅。預計到2025年，中國DPU市場規模預計接近40億美元。

中國DPU市場規模，2020-2025年預測（圖源：頭豹研究院）

然而，由於DPU的系統開發技術難度大，研發週期較長等原因，產品供應長期被國外企業壟斷。2020年中國DPU市場產品主要由NVIDIA、Intel、Broadcom與Marvell等企業提供。從國內廠商角度來説，目前我國在DPU領域還處於起步階段，與國外先進水平存在一定差距。

但隨着中國企業軟、硬件實力增強以及軟、硬解耦的趨勢發展，中國DPU產業湧現出一批本土企業。其中，作為唯一的國產智能網卡提供商，芯啓源有着國際領先的DPU核心芯片技術，憑藉優異的產品性能和生態佈局，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市場的現有格局，頭豹研究院認為，如果前期資本充足的情況下，初創DPU團隊可自主研發處理器微架構，該類企業或將成為推動DPU國產替代的主力。同時，中國本土供應商搶佔市場份額路線還包括降本獲客、從定製化走向標準化等方式：（1）降本獲客：通過低成本採購方案、讓利等方式爭取優質客户資源；（2）從定製化走向標準化：中級軟件服務標準化+高級軟件維持定製化，滲透應用場景。

當前，芯啓源正在從自研中高級軟件，外購處理器和網絡芯片的輕資產運營模式，向自研網絡芯片+中高級軟件的模式進行戰略轉型，利用基礎網絡芯片產線，配合軟件服務實現營收，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户和市場需求

縱觀行業態勢能夠發現，收併購擴充產線是DPU頭部供應商鞏固現有市場地位的慣用手段。本土初創企業難以通過相同技術與產品來顛覆頭部企業的市場地位，只有結合商業模式以及邏輯上的創新才有機會突破頭部企業的封鎖。

彙集了全球頂尖人才，擁有清晰的產品、技術路徑規劃和市場策略規劃的芯啓源，有望成為DPU賽道的引領者。

Mimicpro——開啓高端EDA國產化進程

智能網卡和DPU芯片業務之外，芯啓源在高端EDA領域也頗有建樹。

回顧半導體產業發展歷程，中國的 IC 設計產業發展迅速，目前國內有超過兩千家 Fabless 設計公司，但是EDA公司數目始終徘徊在個位數，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，這讓國內相關產業的技術進步甚至企業發展都受到了很大的限制。

為了更好地提升IC設計客户的仿真與驗證效率，洞察這一趨勢的芯啓源公司在高端EDA領域推出了自主研發的SoC原型和仿真系統MimicPro產品，國內市場方面今年6月已經正式量產並供貨。

芯啓源SoC原型和仿真系統MimicPro

芯啓源MimicPro產品作為一款為ASIC/SoC設計者提供高性能、高容量、高可擴展性的基於FPGA的原型驗證平台，在軟硬件結合的架構上進行了充分考慮和設計，實現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驗證過程，提高流片成功率。

除了提供高可靠性的硬件平台外，芯啓源MimicPro產品還具有系統級的Auto Partition(自動分區)、Built-in Memory analyzer（內置內存分析儀）、Local Debug（現場調試糾錯）和Fault injection（故障注入）等功能，可以更快地定位和消除故障，實現最優的性能。另外，芯啓源獲國際認證的USB IP等技術的加持，也將對於用户降低成本和提高驗證效率提供更大的幫助。

芯啓源MimicPro產品

芯啓源的MimicPro產品是目前國內領先的原型驗證和仿真系統，已經贏得了多個國內外芯片設計頭部客户的採購訂單。贏得信賴的背後，是芯啓源頂尖研發團隊和全球化戰略的支撐。

回顧芯啓源MimicPro的研發歷程，負責系統研發的副總裁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，目前實現量產的MimicPro是我們研發的第三代EDA工具。MimicPro項目從2018年1月開始立項，短短3年多的時間裏，研發團隊經歷了Partition測試、Runtime研發，並在2020年10月啓動了32-FPGA項目，1000多個日夜，來自美國硅谷、中國上海和南京的芯啓源軟硬件研發團隊緊密配合，發揮全球化資源配置的優勢，在首批MimicPro量產項目中打了一場成功的攻堅戰，完成了MimicPro的全部調測和評估，成功交付給客户使用。”

隨着芯啓源MimicPro產品的交付，也正式打響了高端EDA領域SoC原型和仿真系統國產化的第一炮。據瞭解，芯啓源目前推向市場的MimicPro原型驗證與仿真系統，分為1塊、4塊FPGA ，而有消息披露，芯啓源下一代擁有32塊FPGA的MimicPro產品也將在今年下半年正式發佈。

寫在最後

芯啓源成立於2015年，芯啓源憑藉一支在芯片領域深耕了20多年的成熟團隊，“瞄準”正在高度增長的網絡通訊相關領域，圍繞5G、雲數據中心以及雲計算等行業“攻城略地”。

在短短五年多的時間裏，已先後成功研發了智能網卡、SoC原型和仿真系統MimicPro、USB3.x IP、網絡搜索引擎TCAM芯片等四款產品，引領了國內在這幾個領域的發展新局面，並贏得了大批國內外一流客户的訂單，助力本土產業實現突圍。

假以時日，期待芯啓源能帶來更多的驚喜。