مقدمه
دیتاسنترها در حال گذار به یک معماری جدید هستند؛ جایی که دیگر تنها CPU و GPU پاسخگوی حجم روزافزون داده‌ها و پردازش‌های پیچیده نیستند. ظهور DPU (Data Processing Unit) به‌عنوان «سومین ستون پردازشی» انقلاب بزرگی در طراحی زیرساخت‌های مدرن ایجاد کرده است.
DPUها نه‌تنها بار پردازش‌های زیرساختی مانند شبکه، ذخیره‌سازی و امنیت را از روی CPU برمی‌دارند، بلکه زمینه‌ساز افزایش مقیاس‌پذیری، بهبود عملکرد و ارتقای امنیت دیتاسنترها شده‌اند.
DPU چیست؟
DPU یا Data Processing Unit پردازنده‌ای تخصصی است که برای تسریع و مدیریت وظایف زیرساختی طراحی شده است. برخلاف CPU که برای پردازش عمومی استفاده می‌شود و GPU که برای پردازش موازی و گرافیکی کاربرد دارد، DPU مأموریت دارد وظایف سنگین و پرتکراری مانند:
مدیریت ترافیک شبکه
رمزنگاری و امنیت داده‌ها
مجازی‌سازی ذخیره‌سازی (Storage Virtualization)
اجرای سرویس‌های نرم‌افزاری زیرساختی
را به‌صورت سخت‌افزاری و مستقل انجام دهد.
اجزای اصلی معماری DPU
یک DPU از سه مؤلفه حیاتی تشکیل شده است:
1. پردازنده چند‌هسته‌ای (Embedded CPU)
اغلب مبتنی بر معماری ARM برای اجرای سیستم‌عامل سبک (مانند لینوکس) و کنترل وظایف مدیریتی.
2. شتاب‌دهنده‌های سخت‌افزاری (Hardware Accelerators)
برای تسریع وظایفی مثل:
رمزنگاری و رمزگشایی داده‌ها
فشرده‌سازی و کاهش حجم دیتا
پردازش بسته‌های شبکه در سطح خط (Line-rate Packet Processing)
شتاب‌دهی توابع امنیتی مانند Firewall یا IDS/IPS
3. موتور شبکه پرسرعت (Network Interface Engine)
پشتیبانی از فناوری‌هایی مثل:
Ethernet 100/200/400Gbps
RDMA over Converged Ethernet (RoCE)
پروتکل‌های NVMe-over-Fabrics برای ارتباط با استوریج پرسرعت
تفاوت DPU با CPU و GPU
| ویژگی | CPU | GPU | DPU |
|---|---|---|---|
| وظیفه اصلی | اجرای سیستم‌عامل و اپلیکیشن‌ها | پردازش موازی (AI، رندرینگ) | پردازش وظایف زیرساختی (شبکه، امنیت، ذخیره‌سازی) |
| معماری | چند هسته محدود | هزاران هسته موازی | ترکیب CPU سبک + شتاب‌دهنده سخت‌افزاری + موتور شبکه |
| تمرکز | General-purpose | Parallel Computing | Infrastructure Offloading |
| نمونه بارکاری | پایگاه داده، اپلیکیشن‌ها | یادگیری عمیق، شبیه‌سازی | مجازی‌سازی، امنیت، SDN/NFV |
نقش DPU در دیتاسنترهای مدرن
1. بهینه‌سازی شبکه
پردازش ترافیک با سرعت خط (Line-rate)
کاهش Latency و افزایش Throughput
پشتیبانی از شبکه‌های Cloud-native و 5G
2. ارتقای امنیت
اجرای رمزنگاری در سطح سخت‌افزار (IPSec, SSL/TLS)
امنیت درون‌ساختی (Zero Trust Security)
ایزوله‌سازی بارهای کاری حساس
3. افزایش بهره‌وری CPU
DPU با Offload کردن وظایف جانبی، ۳۰ تا ۴۰ درصد منابع CPU را آزاد می‌کند و اجازه می‌دهد CPU تنها روی اجرای اپلیکیشن‌های حیاتی متمرکز شود.
4. تسریع مجازی‌سازی و Cloud-native
تسهیل در NFV (Network Function Virtualization)
پشتیبانی از SDN (Software Defined Networking)
اجرای Storage Virtualization با کارایی بالا
5. پشتیبانی غیرمستقیم از HPC و AI
DPUها ارتباط پرسرعت میان GPUها و ذخیره‌سازی را تسهیل می‌کنند و Bottleneck شبکه‌ای را از بین می‌برند.
کاربردهای کلیدی DPU در صنایع
ابرکامپیوترها (HPC): بهبود ارتباط بین نودهای محاسباتی
مراکز داده ابری (Cloud DCs): افزایش بهره‌وری در بارهای کاری چند‌مستاجری
سازمان‌های مالی: پردازش امن و سریع تراکنش‌های رمزنگاری‌شده
مراکز امنیت سایبری: اجرای توابع امنیتی در سطح سخت‌افزار
مراکز 5G و Edge Computing: کاهش تأخیر و افزایش مقیاس‌پذیری
نمونه‌های مهم DPU در بازار
| برند | محصول | ویژگی‌ها |
|---|---|---|
| NVIDIA | BlueField DPU | پردازش شبکه تا 400GbE، پشتیبانی از امنیت، مجازی‌سازی و ذخیره‌سازی |
| Intel | IPU (Infrastructure Processing Unit) | تمرکز بر تسریع مجازی‌سازی، NFV و Cloud-native |
| Marvell | OCTEON DPU | عملکرد قوی در پردازش بسته‌های شبکه و توابع امنیتی |
| AMD (Pensando) | Distributed Services Card | طراحی اختصاصی برای Cloud-scale و دیتاسنترهای بزرگ |
آینده DPU در معماری دیتاسنتر
رشد بازار: تحلیل‌گران پیش‌بینی می‌کنند DPU در ۵ سال آینده همان جایگاهی را به دست آورد که GPU در AI دارد.
Cloud-native Infrastructure: DPUها به زیرساخت‌های ابری امکان مقیاس‌پذیری بدون کاهش کارایی می‌دهند.
امنیت داخلی (In-network Security): امنیت از سطح نرم‌افزار به سطح سخت‌افزار منتقل می‌شود.
نقش در Edge و 5G: کاهش Latency و تسهیل پردازش لحظه‌ای.
جمع‌بندی
DPUها یک تحول بنیادین در معماری دیتاسنترها ایجاد کرده‌اند. آن‌ها در کنار CPU و GPU، به‌عنوان سومین رکن پردازشی نقشی حیاتی در افزایش عملکرد، امنیت و مقیاس‌پذیری دارند. با توجه به رشد سریع سرویس‌های ابری، هوش مصنوعی و 5G، DPUها نه‌تنها یک انتخاب بلکه یک ضرورت استراتژیک برای دیتاسنترهای مدرن محسوب می‌شوند.
