O que é uma unidade de processamento de dados (DPU)?

Uma unidade de processamento de dados (DPU) é um processador especializado, projetado para transferir e acelerar tarefas centradas em dados, liberando as unidades centrais de processamento (CPUs) para processar cargas de trabalho específicas de aplicações. Projetadas para processar redes de alta velocidade, solicitações de armazenamento e operações de segurança, as DPUs são adequadas às demandas dos modernos data centers de alta densidade e da computação de alto desempenho (HPC).

Entendendo as DPUs em profundidade

As DPUs e suas equivalentes, as unidades de processamento de infraestrutura (IPUs), atendem à necessidade de transferir das CPUs tarefas comuns e que exigem alto desempenho. A redução das tarefas de criptografia, das operações de E/S de armazenamento e do processamento de pacotes de rede de alta largura de banda permite que as CPUs se concentrem em tarefas de aplicações de maior densidade, exigidas por aplicações baseadas em contêineres, pelo particionamento em nuvem ou por hipervisor e por tarefas de computação intensiva de inteligência artificial (IA).

Algumas das principais funções incluem:

• Redes: Com base nos recursos encontrados em placas de interface de rede inteligentes (SmartNICs), as DPUs podem processar fluxos de pacotes de grande volume em velocidades próximas à capacidade máxima da linha, permitindo o descarregamento de sobreposições de rede, incluindo VXLAN, além de oferecer serviços de segurança e de controladores de entrega de aplicações, como suporte a firewall, descarregamento de TLS, balanceamento de carga e roteamento de tráfego. Além disso, as DPUs podem fornecer fontes de entropia para geradores de números pseudoaleatórios criptograficamente seguros (CSPRNGs).
• Armazenamento: Ao acelerar a transferência de dados entre hosts e sistemas de armazenamento, as DPUs oferecem suporte a protocolos avançados de armazenamento, como os protocolos NVMe (Non-Volatile Memory Express) over Fabrics (NVMe-oF), proporcionando as velocidades mais altas exigidas pelo armazenamento de estado sólido e pela infraestrutura hiperconvergente (HCI). As DPUs também oferecem suporte a criptografia e descriptografia, compactação e desduplicação, reduzindo ainda mais a carga sobre as CPUs.
• Virtualização: O descarregamento das tarefas de rede do hipervisor e baseadas em contêineres melhora a capacidade de particionar a infraestrutura de HCI e dividi-la entre locatários para comportar maiores densidades de carga de trabalho, proporcionando maior retorno sobre o investimento em infraestrutura.

Benefícios do uso de DPUs

Otimizar o desempenho das CPUs para tarefas específicas de aplicações em ambientes de HCI e HPC é cada vez mais importante, à medida que a densidade computacional e o consumo de energia se tornam novas métricas para avaliar os benefícios de custo da infraestrutura. Os avanços nas velocidades de rede e na redução da latência, o desempenho do armazenamento e a necessidade de disponibilizar recursos computacionais a mais usuários aumentam ainda mais a carga das tarefas não específicas de aplicações executadas pelas CPUs. As métricas de sucesso atualmente aceitas, adotadas do setor de HPC, são definidas pela densidade e pelo desempenho das CPUs.

As proporções dos indicadores de capacidade de processamento incluem, entre outras:

• Número de núcleos de CPU (por rack, nó ou total disponível para os usuários)
• Operações de ponto flutuante por segundo (FLOPS)1
• Consumo de energia (medido em quilowatts médios e de pico)
• Medição do espaço físico (em pés quadrados ou metros quadrados)

Há muito utilizadas por centros de computação de alto desempenho (HPCs) para medir o desempenho de supercomputadores no lançamento e ao longo do tempo, essas métricas vêm sendo cada vez mais aplicadas a data centers tradicionais, à medida que as tecnologias dos dois setores continuam convergindo.

As DPUs permitem aumentar a disponibilidade da CPU para aplicações e pipelines com uso intensivo de computação, que podem sofrer gargalos caso a CPU precise executar tarefas de baixo nível não relacionadas à computação. Essas tarefas se acumulam à medida que a densidade e as cargas de trabalho das aplicações aumentam, e as DPUs ajudam a aliviar esse gargalo. Ao adicionar DPUs à infraestrutura do data center, as CPUs ficam livres para oferecer melhor desempenho por núcleo. Como alternativa, os recursos computacionais podem ser particionados e disponibilizados em ambientes multilocatários, permitindo que mais usuários acessem os recursos do sistema.

Como a F5 trabalha com DPUs?

Com base no sucesso obtido com o uso das tecnologias SmartNIC, ASIC e FPGA, a F5 aproveita a capacidade de processamento e o posicionamento de uma DPU no fluxo de tráfego dentro da infraestrutura de computação para ampliar e aprimorar a capacidade de carga de trabalho, o desempenho e a segurança das infraestruturas de HCI/HPC.

Aproveitando as DPUs NVIDIA Bluefield-3, a F5 oferece diversos benefícios para provedores de serviços e grandes empresas que buscam criar recursos computacionais em larga escala e, ao mesmo tempo, maximizar seu aproveitamento. Entre esses benefícios estão, entre outros:

• Integração simplificada: A F5 combina rede, segurança, gerenciamento de tráfego e balanceamento de carga em um conjunto consolidado de serviços voltado para integrações com DPUs. Ela oferece uma visão integrada desses serviços em toda a infraestrutura de HCI/HPC, além da observabilidade e do controle granular necessários para otimizar cargas de trabalho com uso intensivo de computação.
• Segurança aprimorada: A F5 oferece suporte a recursos essenciais de segurança, incluindo firewall, mitigação de ataques distribuídos de negação de serviço (DDoS), proteção de APIs, criptografia e gerenciamento de certificados, transferindo essas funções para a DPU.
• Desempenho aprimorado: A F5 acelera a rede e a segurança, o que é essencial para atender às demandas de infraestruturas de alta densidade e fornecer aplicações em escala de nuvem.
• Suporte à multilocação: A F5 viabiliza uma arquitetura multilocatário escalável, permitindo que os provedores de serviços hospedem com segurança diversos locatários na mesma infraestrutura, mantendo suas cargas de trabalho e seus dados separados e protegidos.

Para obter mais informações sobre as soluções integradas de DPU e F5, clique nos recursos à direita.

1As medições padrão de HPC voltadas à ciência tradicionalmente consistiam em cálculos de ponto flutuante de precisão simples ou dupla (FP32 e FP64). As tendências atuais de IA agora medem o desempenho com meia precisão ou inferior (FP16). O uso de endereçamento de memória com menor precisão (tipos de dados de ponto flutuante e inteiros) permite um treinamento mais rápido e reduz o consumo de memória dos modelos de linguagem.