在我們談論數據中心時，往往會聯想到 CPU（像是 Intel 的 x86、ARM、以及新興的 RISC-V）和 GPU（NVIDIA、AMD 或是各家客製化的 ASIC）之間那場烽火連天的性能大戰。然而，在這場舉世矚目的技術競賽背後，一場更為靜謐卻影響深遠的革命正在悄然上演。那就是 ARM 處理器，正不聲不響地蠶食著 Intel 和 AMD 在 數據處理單元 (DPU) 市場的市佔率。但這場好戲還沒落幕，因為一個新的挑戰者——RISC-V——正蓄勢待發，準備在這塊關鍵的數據中心領域開闢新天地！
DPU：數據中心的「水電工」與「大腦助手」
到底什麼是 DPU 呢？它還有個別名叫做 SmartNIC（智慧網卡）。簡單來說，DPU 就是數據中心的「管道管理員」，扮演著非常關鍵且複雜的角色。它們的工作是為了減輕主 CPU 的負擔，讓寶貴的 CPU 核心能夠專注於更重要的應用程式運算。DPU 負責處理：
- 網路負載： 管理資料封包處理、TCP/IP 協定以及 RDMA（遠端直接記憶體存取），確保網路高效且低延遲地運作。
- 儲存服務： 提供資料壓縮、加密，以及 NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) 等高速儲存解決方案，讓資料存取快如閃電。
- 安全隔離： 在多租戶的雲端環境中，安全是重中之重。DPU 負責強制執行安全隔離，為不同的用戶或應用程式之間築起一道道堅不可摧的防火牆，防範潛在的威脅。
- 協調任務： 許多原本會耗費 CPU 週期去執行的協調管理任務，現在都交由 DPU 來處理，這大大提升了整體系統的效率。
DPU 就像是數據中心的「幕後英雄」，默默地確保所有資料流動順暢、安全，而且效率極高。沒有它們，數據中心可能會因為資料處理的瓶頸而寸步難行。
ARM 的崛起：為何能主導 DPU 市場？
眼尖的讀者可能已經發現，目前市場上主要的 DPU 供應商，例如 NVIDIA（透過 Mellanox 開發的 BlueField 系列）、Marvell（OCTEON 系列）、AMD（Pensando）以及 Broadcom，在它們的 DPU 產品中幾乎都採用了 ARM 核心。這並非巧合，而是有其深層的原因：
- 體積小巧： ARM 核心設計精巧，可以整合到有限的晶片空間中。
- 功耗極低： 在對能源效率要求極高的數據中心裡，ARM 的低功耗特性使其成為理想選擇。
- 可授權模式： ARM 的商業模式允許各家晶片設計公司靈活地授權其核心IP，並進行客製化。
- 既有生態： ARM 核心早已廣泛應用於各種網路晶片中，形成了成熟的生態系統。
當 Intel 雄心勃勃地推出其基礎設施處理單元 (IPU) 計畫時，ARM 實際上已經在 DPU 的整個生態系統中站穩了腳跟，並且制定了事實上的標準。這種「先發優勢」讓 ARM 在 DPU 領域佔據了絕對的領先地位。
市場背景：為何 DPU 市場現在如此火熱？
全球 數據處理單元 (DPU) 市場 正以驚人的速度擴張！根據 Dataintelo Consulting Pvt. Ltd. 在 2024 年的報告指出，預計市場規模將從 2023 年的 15 億美元，一路飆升至 2032 年的約 98 億美元，年複合成長率 (CAGR) 高達 22.8%！Dataintelo 將這股成長動能歸因於資料生成的爆炸性成長，以及各行各業對高效能資料管理與處理解決方案的殷切需求。目前，如前所述，ARM 核心 幾乎壟斷了 DPU 的出貨量，而 Intel 的 IPU 儘管持續推廣，但尚未獲得廣泛的市場青睞。
與此同時，另一個開放指令集架構 RISC-V 也在鄰近的領域展現強勁的發展勢頭。例如，來自首爾的 Fadu 等公司將 RISC-V 核心整合到其企業級 SSD 控制器中，用於 I/O 調度及延遲優化；SiFive 也利用 RISC-V 來加速 I/O。此外，在協調和安全處理器方面，輕量級的 RISC-V 設計也頻繁被採用，例如知名的 OpenTitan 計畫。這些應用與 DPU 的功能角色有著天然的關聯性。
更重要的是，地緣政治因素也為市場多元化推波助瀾：特別是中國正加速自主採用 RISC-V，而 DPU 正是這種關乎國家主權至關重要的基礎設施組件。市場的快速擴張、ARM 的既有優勢，以及超大規模資料中心業者對架構替代方案的渴望，共同為 RISC-V 進入 DPU 市場奠定了堅實的基礎。
RISC-V 在 DPU 中的巨大機會
那麼，RISC-V 為何能在此時脫穎而出，挑戰 ARM 的霸主地位呢？關鍵在於其獨特的優勢：
* 開放指令集架構 (Open ISA)：與 ARM 不同，RISC-V 提供的是一個完全開放的指令集架構，企業可以根據其特定的工作負載進行高度客製化 (Wevolver, 2023)。這對於整合了多種功能模組的 DPU 而言尤其重要，例如：
* 用於資料封包流的網路引擎
* 用於壓縮和 NVMe-oF 的儲存加速器
* 用於隔離的安全模組
* 以及用於協調的控制平面 CPU
RISC-V 允許供應商使用自訂指令來適應這些不同的角色，而無需依賴 ARM 固定且預設的開發路線圖。
* 技術創新與彈性：
* 高度客製化： 供應商能夠針對特定工作負載精確調整指令集，這為 DPU 的性能優化提供了前所未有的彈性。
* 同步多執行緒 (SMT)： 一些 RISC-V 供應商（例如 Akeana）已經支援每個核心最多四個執行緒的同步多執行緒技術 (Electronics360, 2024)，這顯著提高了處理網路和資料包等高記憶體或 I/O 延遲工作負載的吞吐量和利用率。
* 向量擴展： 最新的 RISC-V 向量擴展能夠自然地映射到資料包處理、加密和儲存加速等任務。
* 矩陣擴展： 新興的矩陣擴展則將可編程性擴展到 AI 推理和安全領域。例如，新創公司 Simplex Micro 的架構，在一個時間調度框架內整合了標量、向量和矩陣執行，利用 RISC-V 的可擴展性，在各種 AI 和高效能運算 (HPC) 工作負載中提供確定性的性能。
* 經濟與生態優勢： RISC-V 避免了 ARM 的專利費用，大幅降低了晶片設計和製造成本。同時，它保持了與 Linux、TensorFlow 和 PyTorch 等主流開源堆疊的完美相容性，這讓開發者能夠輕鬆融入現有的生態系統。
從標量到向量再到矩陣：RISC-V 的完整 DPU 路線圖
RISC-V 之所以引人注目，不僅僅是因為另一個 IP 供應商的宣傳，更在於 RISC-V 本身發展的獨特方式。該指令集架構最初是為標量運算而生，為微控制器、嵌入式系統和支援 Linux 的簡單處理器提供小型、高效的核心。
在過去幾年中，RISC-V 穩步增加了向量擴展，實現了資料並行加速，並自然地映射到網路、儲存和加密等工作負載。最近，其路線圖已擴展到包含矩陣擴展，旨在將 AI 推理和其他矩陣數學密集型任務整合到同一指令集架構框架內。
這種「從標量到向量再到矩陣」的演進路徑，完美地契合了 DPU 的性能要求。一個 DPU 必須處理：
- 標量： 用於控制平面的邏輯運算。
- 向量： 可向量化的資料包和加密流。
- 矩陣： 日益增長的面向矩陣的遙測和安全推理任務。
換句話說，RISC-V 的路線圖為真正可編程的 DPU 提供了完整且強大的要素集。
重新定義 DPU：RISC-V 的戰略影響
問題不再只是 RISC-V 能否取代 ARM，而是在於它能否「擴展」或「重新定義」 DPU 的範疇。目前 ARM 在 DPU 領域的主導地位，很大程度上依賴於其標量核心加上固定功能的加速器。而 RISC-V 透過將標量、向量和矩陣的可編程性融合到一個統一的平台中，提供了一條跨越式發展的途徑。
這不一定是以犧牲 ARM 為代價，事實上，ARM 甚至可以考慮採用 RISC-V 的向量和矩陣擴展，以鞏固其在 DPU 領域的地位。但對於更廣泛的產業而言，RISC-V 在 DPU 領域的崛起提供了一個難得的機會來重塑競爭格局。企業不再受制於 ARM 的許可模式，而是可以根據自身需求調整架構。這對於希望優化功耗、性能和實現自主權的超大規模資料中心業者來說尤其重要。
RISC-V 還能有效避免市場出現壟斷局面：與其由單一供應商主導產品路線圖，不如建立一個開放的生態系統，從而孕育出多條發展路徑 (SiFive, 2023)。借助 RISC-V，像高通（Qualcomm）或任何主要的供應商都將佔據主導地位，能夠設計針對其 DPU 架構優化的獨特定制 CPU，而無需依賴 ARM 的許可條款和路線圖。隨著 DPU 成為數據中心基礎設施的核心，這種獨立性可能成為關鍵的差異化因素。
結論：新戰線，而非舊戰場
時機已然成熟。AI 驅動的數據中心架構正在蓬勃發展，DPU 不再僅僅用於網路，更是用於協調計算、儲存和 AI 流程的關鍵樞紐。在這個新世界中，結合了標量、向量和矩陣可編程性的 DPU，顯然比僅整合標量 ARM 核心和固定功能引擎的 DPU 更具吸引力。
正如當年 ARM 發現並利用 DPU 的機會超越了 Intel 和 AMD 一樣，RISC-V 現在也提供了重新定義這一類別的機會。供應商們不需要在 GPU 領域與 NVIDIA 正面交鋒，也不需要試圖重振傳統 CPU，而是可以借助可編程的 DPU 平台實現跨越式發展，從而重塑整個數據中心基礎設施。這將是一個全新的「東山再起」故事——不是重複舊的戰鬥，而是開闢新的戰線，帶來更豐富的 異構運算 可能性。
最終，ARM 和 RISC-V 可能會在 DPU 領域共存，ARM 保持其既有優勢，而 RISC-V 則提供開放、可客製化的替代方案。隨著市場的成熟，這將為供應商和超大規模資料中心提供更多元化的架構選擇，推動數據中心技術持續創新！
引用資料來源：
- Dataintelo Consulting Pvt. Ltd. (2024). Global Data Processing Unit (DPU) Market.
- Wevolver. (2023). RISC-V vs. ARM.
- Marvell. (2023). OCTEON 10 Technical White Paper.
- Electronics360. (2024). Akeana supports SMT.
- SiFive. (2023). Benefits of an open ecosystem.
