¿Qué es una unidad de procesamiento de datos (DPU)?

Una unidad de procesamiento de datos (DPU) es un procesador especializado diseñado para descargar y acelerar tareas centradas en los datos, liberando a las unidades centrales de procesamiento (CPU) para que puedan procesar cargas de trabajo específicas de las aplicaciones. Diseñadas para procesar redes de alta velocidad, solicitudes de almacenamiento y operaciones de seguridad, las DPU son idóneas para los centros de datos modernos de alta densidad y las exigencias de la computación de alto rendimiento (HPC).

Análisis en profundidad de las DPU

Las DPU y sus homólogas, las unidades de procesamiento de infraestructura (IPU), responden a la necesidad de descargar de las CPU las tareas habituales y aquellas que requieren un alto rendimiento. Reducir las tareas de cifrado, las operaciones de E/S de almacenamiento y el procesamiento de paquetes de red de gran ancho de banda permite que las CPU se centren en tareas de aplicaciones de mayor densidad, necesarias para las aplicaciones basadas en contenedores, la partición en la nube o mediante hipervisores y las tareas de computación intensiva de inteligencia artificial (IA).

Entre las funciones principales se incluyen:

• Redes: Partiendo de las funciones presentes en las tarjetas de interfaz de red inteligentes (SmartNIC), las DPU pueden procesar flujos de paquetes de gran volumen a velocidades cercanas a la velocidad de línea, descargar el procesamiento de redes superpuestas, incluido VXLAN, y ofrecer servicios de seguridad y de control de entrega de aplicaciones, como compatibilidad con cortafuegos, descarga de TLS, equilibrio de carga y enrutamiento del tráfico. Además, las DPU pueden proporcionar fuentes de entropía para generadores de números pseudoaleatorios criptográficamente seguros (CSPRNG).
• Almacenamiento: Al acelerar la transferencia de datos entre los hosts y el almacenamiento, las DPU admiten protocolos de almacenamiento avanzados, como los protocolos NVMe (memoria no volátil exprés) sobre estructuras de red (NVMe-oF), lo que proporciona las mayores velocidades necesarias para el almacenamiento de estado sólido y la infraestructura hiperconvergente (HCI). Las DPU también ofrecen funciones de cifrado y descifrado, compresión y deduplicación, lo que reduce aún más la carga de las CPU.
• Virtualización: La descarga de las tareas de red del hipervisor y de los contenedores mejora la capacidad de particionar la infraestructura HCI y alojar varios inquilinos para lograr una mayor densidad de cargas de trabajo, lo que aumenta el retorno de la inversión en infraestructura.

Ventajas de utilizar DPU

Optimizar el rendimiento de las CPU para tareas específicas de las aplicaciones en entornos de HCI y HPC es cada vez más importante, ya que la densidad de computación y el consumo energético se están convirtiendo en nuevos indicadores para evaluar la rentabilidad de la infraestructura. Los avances en la velocidad de las redes y la reducción de la latencia, el rendimiento del almacenamiento y la necesidad de proporcionar recursos de computación a más usuarios aumentan aún más la carga que suponen para las CPU las tareas no específicas de las aplicaciones. Los indicadores de éxito aceptados actualmente, procedentes del sector de la HPC, se definen en función de la densidad y el rendimiento de las CPU.

Las relaciones entre los indicadores de potencia de procesamiento incluyen, entre otras:

• Número de núcleos de CPU (por rack, nodo o total disponible para los usuarios)
• Operaciones de coma flotante por segundo (FLOPS)1
• Consumo de energía (medido en kilovatios medios y máximos)
• Medición del espacio físico (en pies cuadrados o metros cuadrados)

Utilizadas desde hace tiempo por los centros de computación de alto rendimiento (HPC) para medir el rendimiento de los superordenadores en el momento de su puesta en marcha y a lo largo del tiempo, estas métricas se aplican cada vez más a los centros de datos tradicionales a medida que las tecnologías de ambos sectores siguen convergiendo.

Las DPU permiten aumentar la disponibilidad de la CPU para aplicaciones y flujos de trabajo con un uso intensivo de recursos informáticos, que pueden sufrir cuellos de botella si la CPU debe encargarse de tareas de bajo nivel no relacionadas con el procesamiento. Estas tareas se acumulan a medida que aumentan la densidad y las cargas de las aplicaciones, por lo que las DPU ayudan a aliviar este cuello de botella. Al incorporar DPU a la infraestructura del centro de datos, se liberan recursos de las CPU, lo que mejora el rendimiento por núcleo. Como alternativa, los recursos informáticos pueden dividirse y asignarse a distintos usuarios para que más personas puedan acceder a los recursos del sistema.

¿Cómo funciona F5 con las DPU?

Basándose en el éxito obtenido con el uso de tecnologías SmartNIC, ASIC y FPGA, F5 aprovecha la capacidad de procesamiento y la ubicación de una DPU en la ruta del tráfico dentro de la infraestructura informática para aumentar y mejorar la capacidad de carga de trabajo, el rendimiento y la seguridad de las infraestructuras HCI/HPC.

Aprovechando las DPU NVIDIA BlueField-3, F5 ofrece múltiples ventajas a los proveedores de servicios y las grandes empresas que buscan implementar recursos informáticos a gran escala y, al mismo tiempo, maximizar su aprovechamiento. Entre estas ventajas se incluyen, entre otras:

• Integración simplificada: F5 combina las funciones de red, seguridad, gestión del tráfico y equilibrio de carga en un conjunto consolidado de servicios orientado a las integraciones con DPU. Ofrece una visión integrada de estos servicios en toda la infraestructura HCI/HPC, junto con la observabilidad y el control granular necesarios para optimizar las cargas de trabajo con un uso intensivo de recursos informáticos.
• Seguridad mejorada: F5 admite funciones de seguridad esenciales, como cortafuegos, mitigación de ataques distribuidos de denegación de servicio (DDoS), protección de API, cifrado y gestión de certificados, al descargar estas funciones en la DPU.
• Rendimiento mejorado: F5 acelera las funciones de red y seguridad, algo fundamental para satisfacer las exigencias de las infraestructuras de alta densidad y ofrecer aplicaciones a escala de nube.
• Compatibilidad con entornos multiinquilino: F5 permite implementar una arquitectura multiinquilino escalable, lo que permite a los proveedores de servicios alojar de forma segura a numerosos inquilinos en la misma infraestructura, manteniendo sus cargas de trabajo y datos separados y protegidos.

Para obtener más información sobre las soluciones integradas de DPU y F5, haga clic en los recursos de la derecha.

1Las mediciones estándar del rendimiento de la computación de alto rendimiento (HPC) con fines científicos se han basado tradicionalmente en cálculos de coma flotante de precisión simple o doble (FP32 y FP64). Las tendencias actuales de la IA miden ahora el rendimiento con precisión media o inferior (FP16). El uso de direccionamiento de memoria de menor precisión (tipos de datos de coma flotante y enteros) permite entrenar los modelos lingüísticos con mayor rapidez y reducir su consumo de memoria.