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本文援引于报告《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》，首发于头豹科技创新网（www.leadleo.com）。
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数据处理器支撑边缘场景算力需求，助力行业数字化转型
2021年是5G toB商用元年，其赋能行业与企业数字化转型的关键节点。边缘计算作为5GtoB关键性技术以及支撑企业数字化转型的核心基础设施，对网络的带宽、时延以及可靠性的要求显著提升。由于边缘机房的电力、承重无法按照核心机房要求建设，且空间较小，导致依靠CPU堆叠算力的方式失效。因此，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。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的推进，激发电信市场对数据处理器的需求
随着运营商降本增效的需求增长，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。COTS硬件无法满足NFV场景电信需求的原因包括以下三点：（1）X86 CPU计算单元的比重较低，且主要采用串行的处理方式，导致对并行数据处理的效率低；（2）后摩尔定律时代，X86 CPU的性能提升节奏放缓，无法满足新兴业务的计算需求；（3）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。由于通用服务器性能不足，电信市场对数据处理器需求被激发。
数据处理器在电信行业的应用：提升数据交换速率
在NFV场景下，虚拟机与网卡之间数据交换的通路主要包括两大类技术，分别是软交换（OvS或OvS+DPDK）或硬直通的方式（SR-IOV）。当前，软交换技术具备灵活性强、虚拟机无绑定、端口数量无限制、支持虚拟机热迁移等优势，更迎合边缘场景网络需求，成为主流的数据通路交换技术。硬直通的方式（SR-IOV）VF驱动与虚拟机紧耦合、虚拟机热迁移方案不完善等导致的灵活性差、组网复杂，导致使用场景受限。
然而，软交换方式小包（64B、128B）转发能力差，并且存在CPU消耗问题。当前针对25G网卡，OvS占有3-4个物理核资源，随着数据中心向100G网卡发展，届时OvS绑核的数目会大幅增加，占用原本提供给上层应用的宝贵计算资源。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。
数据处理器在电信行业的应用：满足边缘场景算力需求
提速降费以及无限量套餐的普及推动核心网数据转发量的增长。自4G时代起，移动数据流量呈几何倍数增长，驱动电信数据中心带宽升级。5G时代，AR/VR、4K/8K高清视频、智能驾驶等大带宽应用将进一步驱动带宽升级。随着带宽需求增加，5G UPF使用100G网卡是未来的发展趋势。高吞吐代表大量并行数据包处理工作，CPU本身的串行处理机制在大吞吐场景下存在局限性，加速硬件如数据处理器的并行处理能力在高吞吐需求下具备更强优势，协助CPU应对高速增长的流量。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。
数据处理器在电信行业的应用现状：加速硬件被设备厂商绑定，无法实现解耦，导致数据处理器在电信市场的渗透率较低
ETSI已在NFV架构中定义了硬件加速模块功以及实现方案，但标准的颗粒度以及规范度不足。各大厂商在标准的基础上进行了定制化开发，导致各家的加速硬件难以兼容以及集成，无法到达通用的目的。加速硬件标准颗粒度不足，引发若干问题：（1）加速硬件和接口无规范。各硬件厂家的加速硬件绑定特定的加速驱动，而云平台厂家提供的SDK差异较大。在做集成工作前，运营商需要对各家的软、硬件进行适配测算，成本极高；（2）业务加速硬件通用性较差业务。设备厂商在标准的基础上研发定制化功能并绑定私有接口，这导致加速硬件与上层应用绑定。厂商锁定导致加速硬件成为专用硬件，不符合NFV分层采购建设与异厂商基础的初衷。此外，加速硬件被强绑定，导致加速资源无法池化，难以发挥规模采购、降低成本的优势。
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