データ処理ユニット（DPU）とは

データ処理ユニット（DPU）は、データ中心のタスクをオフロードして高速化し、中央処理装置（CPU）がアプリケーション固有のワークロードを処理できるように設計された専用プロセッサです。高速ネットワーク、ストレージ要求、セキュリティ処理に対応するよう設計されており、最新の高密度データセンターやハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）の要件に適しています。

DPUを詳しく理解する

DPUと、それに相当するインフラストラクチャ処理ユニット（IPU）は、一般的なタスクや高スループットを要するタスクをCPUからオフロードするという要件に対応します。暗号化処理、ストレージI/O処理、高帯域幅ネットワークのパケット処理に伴うCPU負荷を軽減することで、CPUは、コンテナベースのアプリケーション、クラウドまたはハイパーバイザーによるパーティショニング、人工知能（AI）の計算集約型処理に必要な、より高密度なアプリケーションタスクに注力できます。

主な機能には、次のものがあります。

ネットワーキング：スマートネットワークインターフェースカード（SmartNIC）の機能を基盤として、DPUは大量のパケットフローをほぼラインレートで処理し、VXLANを含むネットワークオーバーレイ処理をオフロードできます。また、ファイアウォールのサポート、TLSオフロード、負荷分散、トラフィックルーティングなどのセキュリティおよびアプリケーションデリバリーコントローラーサービスも提供できます。さらに、DPUは暗号論的擬似乱数生成器（CSPRNG）向けのエントロピー源を提供できます。
ストレージ： DPUは、ホストとストレージ間のデータ転送を高速化するとともに、Non-Volatile Memory Express（NVMe）over Fabrics（oF）などの高度なストレージプロトコルをサポートし、ソリッドステートストレージやハイパーコンバージドインフラストラクチャ（HCI）に必要な高速性を実現します。また、暗号化／復号のサポート、圧縮、重複排除処理も提供し、CPUの負荷をさらに軽減します。
仮想化：ハイパーバイザーおよびコンテナベースのネットワーク処理をオフロードすることで、HCIインフラストラクチャのパーティショニングとマルチテナント化が容易になり、ワークロード密度が向上します。その結果、インフラストラクチャのROIが高まります。

DPUを使用するメリット

HCIおよびHPC環境において、アプリケーション固有のタスクに対するCPU性能の最適化がますます重要になっています。これは、コンピューティング密度と消費電力が、インフラストラクチャのコストメリットを測る新たな指標となっているためです。ネットワークの高速化と低遅延化、ストレージ性能の向上、さらに多くのユーザーへのコンピューティングリソース提供の必要性により、CPUが担うアプリケーション固有ではないタスクの負荷は一層増大しています。現在一般に採用されている成功指標はHPC業界に由来し、CPU密度と性能によって定義されています。

処理能力に関するデータポイントの比率には、以下が含まれますが、これらに限定されません。

CPUコア数（ラック別、ノード別、またはユーザーが利用可能な総数）
1秒あたりの浮動小数点演算回数（FLOPS）1
消費電力（平均およびピーク時のキロワット数で測定）
物理スペースの測定（平方フィートまたは平方メートル単位）

これらの測定指標は、スーパーコンピューターの導入時および導入後のパフォーマンスを測定するためにHPCで長年使用されてきました。両業界のテクノロジーが融合し続けるなか、従来型データセンターにも適用されるケースが増えています。

DPUを使用すると、アプリケーション処理や計算負荷の高いパイプラインに利用できるCPUリソースを増やせます。CPUが低レベルの非計算タスクも処理する必要がある場合、こうしたパイプラインがボトルネックになる可能性があります。高密度化やアプリケーションタスクの増加に伴って非計算タスクの負荷も増大するため、DPUはこのボトルネックの緩和に役立ちます。データセンターインフラストラクチャにDPUを追加することでCPUの負荷が軽減され、コアあたりのパフォーマンスが向上します。また、コンピューティングリソースを分割してテナントに割り当てることで、より多くのユーザーがシステムリソースを利用できるようになります。

F5はDPUとどのように連携するのか

F5は、SmartNIC、ASIC、FPGAテクノロジーの活用で培った実績を基盤に、コンピューティングインフラストラクチャ内におけるDPUの処理能力とインラインのトラフィック処理位置を活用し、HCI/HPCインフラストラクチャのワークロード容量、パフォーマンス、セキュリティを向上させます。

NVIDIA Bluefield-3 DPUを活用することで、F5は、コンピューティングリソースを最大限に活用しながら大規模なコンピューティング環境の構築を目指すサービスプロバイダーや大企業に、次のようなさまざまなメリットを提供します。

統合の簡素化：F5は、ネットワーキング、セキュリティ、トラフィック管理、負荷分散を、DPU統合に特化した一元的なサービススイートに集約します。HCI/HPCインフラストラクチャ全体でこれらのサービスを統合的に可視化するとともに、コンピューティング負荷の高いワークロードの最適化に必要なオブザーバビリティときめ細かな制御を提供します。
セキュリティの強化： F5は、ファイアウォール、分散型サービス拒否（DDoS）攻撃の緩和、API保護、暗号化、証明書管理などの重要なセキュリティ機能をDPUにオフロードすることで、これらの機能をサポートします。
パフォーマンスの向上：F5はネットワーク処理とセキュリティ処理を高速化します。これは、高密度インフラストラクチャで求められる要件を満たし、クラウド規模でアプリケーションを提供するうえで不可欠です。
マルチテナンシーのサポート：F5は、拡張性に優れたマルチテナントアーキテクチャを実現します。これにより、サービスプロバイダーは、各テナントのワークロードとデータを分離して保護しながら、同じインフラストラクチャ上で多数のテナントを安全にホストできます。

DPUとF5の統合ソリューションの詳細については、右側のリソースをクリックしてください。

1科学技術計算ベースのHPCでは、従来、単精度または倍精度の浮動小数点演算（FP32およびFP64）が標準的な性能指標として使用されてきました。現在のAIでは、半精度以下（FP16）で性能を測定する傾向があります。より低精度のメモリアドレッシング（浮動小数点型および整数型）を使用することで、言語モデルの学習を高速化し、メモリ使用量を削減できます。