大禹智芯云化裸金属方案，协助企业实现物理机快速上云

　　近一两年来，大禹智芯在专注于做DPU产品研发的同时，也接触了很多企业客户，与客户做深入合作交流的过程让我们有更多机会切身了解到他们在使用DPU过程中面临的挑战，以及思考DPU如何才能发挥真正的价值。大禹智芯借鉴或参考客户给予的反馈，也不断对产品规划和技术实现路线进行更加贴合客户实际需求的调整。

　　一直以来，大禹智芯从未停止过思考如何用DPU帮助企业打破技术壁垒以满足业务需求，以及如何解决企业在使用DPU过程中所遇到的实际问题，从而帮助客户真正享受DPU在基础设施层面发挥的技术红利。这些思考也正推动着大禹智芯更好地对产品进行定义和研发以及对解决方案的打磨。今天将这些思考分享给大家，希望对大家有一些启发和帮助。

　　以下内容源自大禹智芯解决方案负责人余曦老师今年5月在苏州DPU线下Meetup的分享。

　　大禹智芯成立于2020年，是国内最早一批专注于做 DPU产品和研发的科技初创公司，致力于向广泛用户提供包括芯片、硬件产品、系统软件、应用集成等一整套围绕DPU/智能网卡的软硬件产品及服务。目前，大禹智芯已经推出了多款DPU产品。

　　大禹智芯以DPU作为基础设施服务底座的产品化实现和解决方案的打造，是紧密围绕云化裸金属的形式来呈现的，这是由技术总体发展趋势和路线决定的。云计算的发展初始是使用虚拟机，随后在发现企业上云过程中面临很多重载业务无法上云的问题，当时应对这种问题的方法有不少，有的是给用户提供一台物理机去承载那些重载业务，有的是采用虚拟机一虚一的方式供用户承载相对较重的业务，这样可以把一台物理机性能最大化地释放给虚拟机，但虚拟化所带来的性能损失，导致仍然无法完全满足重载应用的部署要求。随着云计算的逐渐普及，为了满足灵活性和可拓展性等需求，裸金属云服务出现并得到广泛应用，裸金属是为了解决企业上云过程中的产品化问题。

　　为了满足市场对运行效率，弹性及性能的不断提升的要求，基于云化裸金属状态去做虚拟化和容器，可获得比传统模式更好的性能和更高的效率。云化裸金属从原先的一种云计算产品形态，逐渐变为了云计算基础设施服务的基座，基于此基座构建多种形式的算力服务输出，是当前云计算发展的一个重要趋势。

　　因此，大禹智芯的产品和服务紧密围绕以云化裸金属作为基座，把虚拟化的网络、虚拟化存储以及云管控平面全部放到 DPU 上实现，形成云化裸金属状态，基于此构建虚拟机和容器的服务，同时向上层提供三种服务能力。

　　首先，我们将传统存算一体的HCI(Hyper Converged Infrastructure)结构向存算分离的CDI(Composable Disaggregated Infrastructure)结构转变。在CDI 结构中，物理机上没有本地存储单元，即不存在任何物理介质盘，所有的物理介质是存在于数据中心内的云盘状态资源池内。这个云盘为整个计算侧节点提供通过网络远程访问块存储的服务。通过DPU，将位于整个块存储服务上操作系统和数据拉到本地，在剥离网络部分后向主机侧暴露本地的块存储设备，对于本地应用或操作系统来说，所使用到的存储均为“本地存储，但实质上这是经过了一层网络协议卸载或网络处理来实现将网络存储转换成本地存储的，因为这部分工作是由DPU来“无感知”地完成的。

　　第二个就是虚拟网络能力，包括物理机逻辑组上或者容器、虚拟机上运行应用，所使用的网络接口全部由DPU来暴露，网络接口在DPU上可呈现出多种丰富的overlay网络能力。再基于此，我们实现了一系列虚拟机网络高级功能，例如QoS、CT等。

　　接下来非常重要的是云平台组件的卸载。随着网络功能和存储功能从主机侧下沉到DPU，跟网络和存储相关功能组件的控制单元也要随之下沉。同时，计算资源管控也会有下沉到DPU的需求，大禹智芯也联合合作伙伴通过DPU实现了这样的功能。在4月21日上海举办的2023 openEuler开发者日，大禹智芯受邀与OpenInfra基金会、openEuler社区联合对外发布了DPU无感卸载的Demo。在Demo呈现的演示环境中，主机侧和DPU侧分别运行着openEuler操作系统，利用openEuler自身在两个操作系统后端的通路，将libvirtd虚拟化上计算侧资源控制组件下沉到DPU上。虚拟机开通和销毁等操作可全部在DPU上完成，不需要延伸到客户的操作系统上去实现。如此一来，网络存储和计算侧控制的完整上云组件可完全卸载至DPU，由DPU全权承载，通过DPU提供的额外算力单元(或算力组件)承载所有上云系统和实现上云组件的部署，同时还能够保持DPU与上层主机侧之间的隔离和独立性。

　　基于以上特性，大禹智芯可通过DPU及配套组件为企业用户提供快速搭建云化裸金属平台的服务。客户可在构建的平台上根据自己需求实现虚拟化或容器化工作，实现Anystack功能。这是目前大禹智芯做的存算分离架构的集中化体现。

　　而说到存算分离架构的优势业界有目共睹也深有体会，这个架构对未来基础设施层面结构的发展具有深远影响。目前，国内众多存储厂商也正拥抱这个趋势，逐渐向存算分离架构演进方向去更新迭代存储产品。

　　存算分离架构中需要重点解决的问题是如何充分利用额外算力单元从而不过多占用计算侧算力资源。这就是涉及到从计算侧到存储资源侧的打通，DPU可以在当中作为纽带将计算侧的节点和存储资源中的存储资源单位建立有机连接，操作系统或数据均可放到远端云盘体系之内，再按需通过DPU拉到本地提供给上层主机侧使用。

　　这样可带来飞跃式优势：一方面可真正实现存储资源的弹性使用，并大幅提升存储物理介质的利用率，提升投资回报率;另一方面，在遇到计算侧界面的故障时可实现分钟级的业务恢复，大幅度显著提高企业用户的运维效率。而在传统存算一体架构中是要实现快速的业务恢复是非常困难的，因为数据、操作系统和应用都在本地，设备故障之后，需要找相同配置的设备把操作系统、数据和应用都分别恢复，这个过程往往对于业务感知来说是漫长和复杂的。

　　基于云化裸金属方案，大禹智芯可助力企业级用户实现虚拟云和容器云/云原生的应用。一方面，为传统数据中心提供云化裸金属服务能力，借助该服务传统数据中心可搭建一套完整的裸金属服务平台，从而助力其提供比拟公有云部署方式和交互体验的云服务，以满足其客户对IDC服务的更高服务需求。另一方面，对于拥有物理位置零散、物理配置不统一的众多服务器，但希望高效统一纳管这些服务器并快速上云的企业级用户，大禹智芯云化裸金属解决方案可提供物理机上云的一站式服务，通过DPU和管控平台相结合，让企业快速实现分散的物理服务器资源统一纳管，实现中心与边缘、新旧IT设备的整合，快速完成全面“上云”。

　　大禹智芯以交钥匙模式向企业用户提供完整的云化裸金属服务，让企业用户简单快捷地享受DPU技术红利，更高效灵活搭建满足自身业务需求的云平台。

　　大禹智芯产品介绍

　　一、大禹智芯DPU产品

　　为满足不同客户及不同场景的DPU使用需求，大禹智芯坚持从贴近用户需求的场景出发，遵循明确的产品规划路线，提供Paratus系列DPU产品，目前已推出2个产品序列：

　　1.0序列产品——Paratus 1.0、Paratus 1.5

　　Paratus 1.0和Paratus 1.5是大禹智芯的第一款DPU产品。通过运行在ARM SoC上的Linux操作系统及DPDK、SPDK开发套件，用户可将原先运行在主机侧的功能方便的下沉到DPU上运行，实现主机侧算力资源的释放。基于相同的DPU开发运行环境，大禹智芯也提供了虚拟化网络组件，存储客户端组件以及与开源云管平台Openstack和Kubernetes集成所必要的相关组件。用户通过Paratus1.0构建高性能的裸金属云、虚拟机云及容器云等服务。Paratus 1.0可广泛应用于公有云，边缘云，企事业内部私有云及其他复杂网络流量处理等场景。

　　2.0序列产品——Paratus 2.0

　　Paratus 2.0是大禹智芯在1.0序列产品基础上，通过增加FPGA组件而打造的全新DPU产品。采用ARM SoC + FPGA的硬件架构，在保持了与第一款DPU产品相同的软件开发运行环境的同时，提供了基于FPGA的网络数据处理通路，大幅提升了网络流量处理能力。

　　在此基础上，Paratus 2.0还具有一些独特的功能：大禹智芯自研高性能网络协议HPRT™的实现可充分释放RDMA应用的潜力;无感知端到端网络数据加密功能可最大化保证数据网络传输可靠性，其功能及性能均为业界领先水平;网络上层应用行为分析功能可为网络入侵行为判断提供实时可靠的数据支撑。

　　二、大禹智芯裸金属服务管理平台

　　大禹智芯通过对数据中心基础设施能力进一步分析与整合，针对企业上云过程中遇到的难点、痛点，与大禹智芯自研云管平台相结合，推出完整的以DPU为底座的云化裸金属方案，该方案面向广泛行业用户，加速企业自有IT系统上云进程，为企业数字化转型提供基础设施层服务支撑。

　　其中，大禹智芯自研裸金属云服务管理平台具备完整的计算资源管理，存储资源管理，网络资源管理功能，允许用户按需创建、配置和管理裸金属服务器资源。

　　- 用户可以根据应用程序的性能要求和资源需求选择合适的计算实例类型，并随时调整资源分配。

　　- 允许用户创建和管理虚拟网络资源，这些网络资源使用户能够在云上构建复杂的网络架构，实现安全的资源隔离和访问控制。

　　- 云平台为用户提供多种存储选项，包括普通云盘和SSD云盘等。这些存储服务旨在满足不同类型的应用程序和数据存储需求。用户可以根据性能、可靠性和成本要求选择合适的存储服务，并随时扩展或缩小存储容量。