Las DPU o unidad de procesamiento de datos son unos procesadores programables especializados en mover datos en grandes centros de datos. Las DPU trabajan conjuntamente con las CPU y GPU para mejorar la potencia de cálculo y el manejo de las cada vez más complejas cargas de trabajo de datos modernas. Descubre todo su potencial y funcionamiento en este artículo.
Índice de temas
Qué es una DPU
Las DPU, o unidades de procesamiento de datos, son especialistas en mover datos en centros de datos, creando una nueva clase de procesador programable y se unirán a las CPU y las GPU como uno de los tres pilares de la informática. La DPU ayuda a la CPU asumiendo sus cargas de trabajo de red y comunicación. Utiliza tecnología de aceleración por hardware e interfaces de red de alto rendimiento para gestionar de forma excelente las transferencias de datos, la compresión de datos, el almacenamiento de datos, la seguridad de datos y el análisis de datos.
Una DPU es un nuevo procesador programable que ayuda a mover los datos por los centros de datos. En esencia, las DPU permiten un almacenamiento más eficiente y liberan a la CPU para que pueda centrarse en tareas de procesamiento.
Componentes de una DPU
Una DPU es un procesador programable diseñado para optimizar las cargas de trabajo centradas en datos, distribuyendo eficazmente la responsabilidad de gestionar diversas tareas informáticas. En su núcleo, una DPU integra:
CPU multinúcleo
Proporciona la programabilidad y la potencia de procesamiento de propósito general.
Acelerador de hardware
Mejora la ejecución de tareas específicas como IA, analítica y operaciones de seguridad. Se ocupan de gestionar eficazmente funciones específicas como transferencia de datos, compresión, cifrado y procesamiento de paquetes de red. Estos bloques permiten a la DPU procesar cargas de trabajo centradas en datos con mayor eficiencia que las CPU de propósito general, ya que están especializados para dichas tareas.
Redes de alta velocidad
Facilita la transferencia rápida de datos, vital en los centros de datos modernos. Se trata de un componente crítico que implica descarga de red, con capacidad para descargar de la CPU las tareas de procesamiento de red. Con la funcionalidad SmartNIC las DPU pueden integrar funciones que proporcionan servicios de red inteligentes como control de flujo avanzado y soporte de virtualización.
Diferencia entre GPU, CPU y DPU
La CPU suele describirse como el cerebro del ordenador y se considera el procesador “principal”. La CPU utiliza circuitos lógicos para interpretar, procesar y ejecutar las instrucciones y órdenes que le envían el sistema operativo, los programas o los distintos componentes del ordenador.
Mientras tanto, las unidades de procesamiento gráfico (GPU) se diseñaron inicialmente para complementar a la CPU. Las unidades tienen mucho en común: ambas son motores de computación críticos que pueden manejar datos, pero las GPU aceleran específicamente el renderizado de gráficos. Además, la DPU descarga a la CPU de las cargas de trabajo de redes y comunicaciones. Combina núcleos de procesamiento con bloques aceleradores de hardware y una interfaz de red de alto rendimiento para abordar cargas de trabajo centradas en datos a escala. Este enfoque arquitectónico permite a la DPU garantizar que los datos correctos lleguen rápidamente al lugar adecuado en el formato adecuado.
Podemos citar, en líneas generales, las siguientes particularidades de cada unidad de procesamiento, para poder entender cómo funcionan.
CPU (Unidad Central de Procesamiento)
Función: Ejecuta tareas informáticas de propósito general y gestiona las operaciones del sistema.
Arquitectura: Compuesta por unos pocos núcleos optimizados para el procesamiento secuencial.
GPU (Unidad de procesamiento gráfico)
Función: se encarga del procesamiento paralelo y destaca en tareas de cálculo que pueden ejecutarse en paralelo.
Arquitectura: Contiene un gran número de núcleos diseñados para manejar múltiples tareas simultáneamente.
DPU (Unidad de procesamiento de datos)
Función: Se centra en cargas de trabajo centradas en datos, descargando tareas de las CPU para mejorar la eficiencia.
Arquitectura: Integra núcleos de procesamiento, a menudo basados en la arquitectura Arm, con un enfoque de alto nivel en el procesamiento y movimiento de datos.
Cómo funciona una DPU
Las unidades de procesamiento de datos (DPU) son cada vez más importantes en los centros de datos modernos, donde gestionan tareas informáticas específicas para optimizar el rendimiento del sistema. Las DPU permiten una mejor asignación de recursos dentro de los servidores, lo que contribuye a mejorar la eficiencia, especialmente en infraestructuras a gran escala.
Tareas de procesamiento
Una DPU se encarga de tareas de procesamiento especializadas que tradicionalmente recaerían sobre la CPU. Estas tareas incluyen, entre otras:
- Transferencia de datos: Una DPU gestiona el movimiento de datos dentro del sistema, garantizando un rendimiento rápido y eficiente.
- Reducción de datos: Procesa grandes volúmenes de datos, reduciéndolos a formas manejables sin sobrecargar el procesador primario.
- Cifrado: Las DPU llevan a cabo procesos de cifrado para proteger los datos, una función fundamental para mantener la confidencialidad y la integridad.
Mejoras de seguridad
Las DPU están diseñadas con sólidos marcos de seguridad para proteger el sistema subyacente:
- Cortafuegos y TLS/IPS: A menudo incorporan funciones de cortafuegos y pueden gestionar eficazmente las operaciones de seguridad de la capa de transporte (TLS) y seguridad del protocolo de Internet (IPSec), reforzando la seguridad de la red.
- Modelos de seguridad de zero trust: Mediante este enfoque, las DPU pueden aplicar estrictas comprobaciones de seguridad a todo el tráfico de red, elevando la protección frente a las amenazas.
Redes y comunicaciones
En el contexto de las redes y las comunicaciones, las DPU descargan y aceleran estas funciones específicas:
- Tareas de red: Gestionan una serie de tareas de red, garantizando que el procesador central quede libre para actividades centradas en las aplicaciones.
- Gestión de protocolos de comunicación: Las DPU procesan varios protocolos de comunicación de forma eficiente, garantizando un flujo de datos sin fisuras a través de la red.
Las DPU y el procesamiento de Datos
A medida que el papel de las DPU se amplía hacia la función del procesamiento de cantidades ingentes de almacenamiento, se hizo evidente que, si se diseñaba con cuidado, podía procesar datos de forma más eficiente con menos energía y coste en el centro de datos que una CPU o GPU tradicional. En los centros de datos a gran escala, donde el crecimiento del almacenamiento es exponencial, la eficiencia de una DPU se traduce en un importante ahorro de tiempo y dinero.
Capacidades de aceleración de las DPU
La aceleración de las DPU proporciona:
- Redes aceleradas: la descarga del procesamiento de red a la DPU mejora el ancho de banda de la red, reduce la latencia y libera ciclos de CPU de núcleo para obtener el máximo rendimiento de las aplicaciones.
- Observabilidad mejorada: las vistas de topología y el análisis a nivel de flujos y paquetes simplifican la planificación de la capacidad, la detección de anomalías, la solución de problemas y el cumplimiento de normativas sin necesidad de complejos dispositivos de infraestructura de red.
- Seguridad de alto rendimiento a escala: la descarga de las funciones de seguridad de la red a la DPU proporciona funciones de seguridad completas, como cortafuegos distribuidos e IDS/IPS, sin afectar al rendimiento de las aplicaciones y los hosts.
Relación de las DPU con los Data Centers
Como hemos comentado anteriormente, las unidades de procesamiento de datos están ganando adeptos, ya que se utilizan para acelerar las cargas de trabajo de inteligencia artificial y machine learning, descargando a las CPU y GPU tareas como la inferencia y el entrenamiento de redes neuronales. De esta manera, tienen un alto potencial para aumentar el rendimiento de los servidores para aplicaciones de IA, proporcionando un movimiento de datos eficiente por el centro de datos y la descarga de actividades de red, seguridad y almacenamiento de las CPU de un sistema.
Al descargar las unidades centrales de procesamiento de las funciones vitales de gestión de datos, las DPU están impulsando una renovación de los centros de datos que podría llegar a reducir en un 30% la cantidad de electricidad utilizada para refrigeración, disminuyendo el número de costosos servidores necesarios y aumentando al mismo tiempo el rendimiento.
Las DPU son dispositivos que ofrecen a los operadores de centros de datos la posibilidad de renovar las operaciones y obtener grandes beneficios que se pueden ver en la reducción de los costes energéticos y la consolidación de los servidores, al tiempo que aumentan su rendimiento. Además, pueden ayudar a los servidores de los centros de datos a gestionar y mejorar las cargas de trabajo nuevas y emergentes. Las DPU combinadas con otros aceleradores pueden convertirse en reductores de potencia, lo que se traduce en ahorros para una compañía. Alrededor del 30% de la potencia de procesamiento de un servidor se dedica a realizar funciones de red y almacenamiento, así como a acelerar otras actividades clave, como el cifrado, la virtualización del almacenamiento, la deduplicación y la compresión.
