RISC-V，沖進DPU賽道

數據中心通常被認為是 CPU 和 GPU 之間的較量。但在這些備受矚目的競爭背后，另一場靜悄悄的革命正在上演：ARM 悄然取代了英特爾和 AMD 在數據處理單元 (DPU) 市場的份額。

DPU（也稱為 SmartNIC）負責數據中心的「管道」。它們通過管理數據包處理、TCP/IP 和 RDMA 來減輕網絡負載。它們處理壓縮、加密和 NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) 等存儲服務。它們強制執行安全隔離，這在多租戶云環境中至關重要，因為信任邊界會不斷受到考驗。此外，它們還負責執行編排任務，否則這些任務會浪費寶貴的 CPU 周期。

NVIDIA、Marvell、AMD 和 Broadcom 均在其 DPU 中采用了 ARM 內核。原因很簡單：ARM 內核體積小、功耗低、可授權，并且已經嵌入到網絡芯片中。當英特爾推出其基礎設施處理單元 (IPU) 計劃時，ARM 已經占領了整個生態系統并制定了標準。

為什么是現在？

全球數據處理單元 (DPU) 市場預計將從 2023 年的 15 億美元增長到 2032 年的約 98 億美元，復合年增長率 (CAGR) 高達 22.8%。Dataintelo 將這一增長歸因于數據生成的迅猛增長以及各行各業對高效數據管理和處理解決方案的需求。目前，ARM 內核占據了 DPU 出貨量的絕大部分，而英特爾仍在持續推廣其 IPU，但尚未獲得廣泛的市場吸引力。

與此同時，RISC-V 在鄰近領域已勢頭強勁。來自首爾的 Fadu 等公司的存儲控制器（該公司將 RISC-V 內核集成到其企業級 SSD 控制器中，用于 I/O 調度和延遲優化）以及 SiFive 都使用 RISC-V 來加速 I/O。編排和安全處理器也經常依賴于輕量級 RISC-V 設計，例如 OpenTitan。這些與 DPU 的角色天然相關。同時，地緣政治因素也有利于多元化：尤其是中國正在加速自主采用 RISC-V，而 DPU 正是那種主權至關重要的基礎設施組件。

市場擴張、ARM 的鎖定以及超大規模者對架構替代方案的渴望為 RISC-V 進入 DPU 奠定了基礎。

RISC-V 在 DPU 中的機會

與 ARM 不同，RISC-V 提供開放式 ISA，企業可以根據其具體工作負載進行定制。這對于集成了各種功能模塊的 DPU 尤其重要。用于數據包流的網絡引擎、用于壓縮和 NVMe-oF 的存儲加速器、用于隔離的安全模塊以及用于編排的控制平面 CPU。RISC-V 允許供應商使用自定義指令來適應這些角色，而無需依賴 ARM 的固定路線圖。

如今的 DPU 通常使用 ARM Cortex-A 內核集群（范圍從 Cortex-A53 到 A72）來處理控制平面和輕量級計算功能。一些 RISC-V 供應商（例如 Akeana）支持每核最多四線程的同步多線程 (SMT)（Electronics360，2024），從而提高了高內存或 I/O 延遲工作負載（例如網絡和數據包處理）的吞吐量和利用率。最新的 RISC-V 矢量擴展可以自然地映射到數據包處理、加密和存儲加速。

新興的矩陣擴展將可編程性擴展到 AI 推理和安全領域。初創公司 Simplex Micro 的架構在一個時間調度框架內集成了標量、矢量和矩陣執行，利用 RISC-V 的可擴展性，在各種 AI 和 HPC 工作負載中提供確定性的性能。最后，RISC-V 避免了 ARM 的專利費，同時保持了與 Linux、TensorFlow 和 PyTorch 等開源堆棧的兼容性。

了解 RISC-V 的標量到矩陣路線圖

這一刻之所以引人注目，不僅僅是因為又一家 IP 供應商的宣傳，更在于 RISC-V 本身的發展方式。

該 ISA 最初致力于標量計算——為微控制器、嵌入式系統和支持 Linux 的簡單處理器提供小型、高效的內核。在過去幾年中，RISC-V 穩步增加了矢量擴展，實現了數據并行加速，并自然地映射到網絡、存儲和加密工作負載上。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納入同一 ISA 框架。

這種從標量到矢量再到矩陣的演進，反映了 DPU 的性能要求。DPU 必須處理標量控制平面邏輯、可矢量化的數據包和加密流，以及日益面向矩陣的遙測和安全推理任務。換句話說，RISC-V 路線圖為真正可編程的 DPU 提供了完整的要素集。

目前，已有多家公司正在努力實現這一愿景。Akeana憑借其支持 SMT 的設計和 AI 矩陣計算引擎，成為率先將 RISC-V 直接應用于數據中心級計算的公司之一。Ventana Micro Systems正在構建服務器級 RISC-V 處理器，該處理器擁有從標量到矢量工作負載的清晰路徑，以滿足超大規模計算的需求。歐洲的SemiDynamics專注于為數據密集型和以 AI 為中心的應用量身定制的可配置矢量核心。

SiFive重點推出了支持 Linux 和矢量的 RISC-V 內核，旨在滿足 HPC 和基礎設施的需求。晶心科技已擴展其內核，使其具備矢量和 DSP 功能，以實現嵌入式加速。Simplex Micro 正在開發一種統一的標量/矢量/矩陣架構，并配備可編程擴展功能，旨在覆蓋從邊緣到數據中心級的基礎設施解決方案。在研究層面，中國的「香山」已在同一個架構下進行標量和矢量統一的實驗。

跨越式發展還是強化 ARM？

問題不僅僅在于 RISC-V 能否取代 ARM，還在于它能否擴展 DPU 的定義本身。ARM 目前在 DPU 領域的主導地位依賴于標量核心加上固定加速器。RISC-V 通過將標量、矢量和矩陣可編程性融合到一個平臺中，提供了一條跨越式發展的途徑。這不一定以犧牲 ARM 為代價——事實上，ARM 甚至可以采用 RISC-V 矢量和矩陣擴展來鞏固其自身的 DPU 地位。

對于更廣泛的行業而言，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 ARM 許可模式的限制，而是可以根據自身需求調整架構。這對于希望優化功耗、性能和自主權的超大規模計算企業來說尤其重要。RISC-V 還避免了壟斷局面：與其由單一供應商主導路線圖，不如建立一個開放的生態系統，從而培育多條發展路徑。

借助 RISC-V，像高通或任何主要供應商這樣的公司都將占據主導地位——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。

時機已到。AI 驅動的數據中心架構正在蓬勃發展，DPU 不再僅僅用于網絡，而是用于協調計算、存儲和 AI 流程。在這個世界中，結合標量、矢量和矩陣可編程性的 DPU 看起來比僅集成標量 ARM 內核和固定功能引擎的 DPU 更具吸引力。

正如 ARM 發現并利用 DPU 的機會超越英特爾和 AMD 一樣，RISC-V 現在提供了重新定義這一類別的機會。供應商無需在 GPU 領域與 NVIDIA 正面交鋒，也無需試圖重振 CPU，而是可以借助可編程的 DPU 平臺實現跨越式發展，該平臺可以重塑數據中心基礎設施。這將是一個東山再起的故事——不是重復舊的戰斗，而是開辟新的戰線。

無論它能否取代 ARM 或 x86，業界常常將 RISC-V 描述為 CPU 領域的一個故事。然而，更具顛覆性的機會可能在于數據中心的控制平面。ARM 打造了英特爾和 AMD 從未預料到的 DPU 專營權，而現在 RISC-V 有機會憑借矢量和矩陣可編程性重新定義這一類別。

最終，ARM 和 RISC-V 可能會在 DPU 領域共存：ARM 保持其主導地位，而 RISC-V 則提供開放、可定制的替代方案。隨著市場的成熟，這將為供應商和超大規模計算提供商提供更多架構選擇。