在日耳曼神话中，有一种被称为戈兰林（Gremlin）的小精灵。传说它们精通各类工具与机械，不仅能协助能工巧匠完成工作，还能提升工匠的技艺水平，启迪创新灵感。许多时候，当工匠们依靠传统方法陷入困境时，便会祈盼这位小精灵现身，助其解开难题。

放到今天，数据中心就如同这个时代的“伟大工匠”——肩负着为各行各业打造计算与智能基础设施的重任。当这位工匠同样遭遇发展瓶颈时，或许也需要一位得力的“精灵”来助一臂之力。

近期，英特尔携手百度智能云，共同发布了一份题为《为基础设施提供加速引擎 助力塑造未来数据中心》的白皮书。该白皮书详细解读了英特尔IPU架构的功能特性及落地场景，重点阐述了两者如何携手打造全新的DPU架构，以帮助云数据中心释放更大算力，全面驱动云服务创新。

在AI与大数据时代，云数据中心的架构变革已势在必行。英特尔IPU的出现，恰如其分地在保障基础设施高性能、高利用率的同时，提升了资源调配的灵活性，并为云服务商快速转向完全虚拟化的存储和网络架构铺平了道路，从而高效满足数据中心的升级需求。

从白皮书的脉络来看，IPU的价值主要可以从三个维度审视：云计算中心的发展现状与挑战、IPU的架构设计及技术优势，以及英特尔与百度智能云的实践案例。这三个方面，基本勾勒出IPU从蓝图构想走向实际落地的完整路径。

可以说，在数据中心里，这位“小精灵”已经跃跃欲试，蓄势待发。

云数智变革：数据中心的压力与瓶颈

云时代正以前所未有的速度向前推进，一系列新技术与产业变革在云计算领域孕育演进。对于云服务商而言，企业级创新应用对数据中心提出了越来越高的要求。尤其是在5G、AI、边缘计算等前沿技术加速落地的背景下，企业级云服务呈现出几个关键变化——

• 更为分布式的云服务部署：边缘计算的发展，推动云服务从传统的中心云向“云边端”协同演进，越来越多的服务被部署在更贴近用户的边缘侧。
• 更广泛的云服务应用场景：云服务已成为智能制造、智慧零售、云游戏等新兴业态的核心支撑，有力地推动着企业的数字化与智能化转型步伐。

随之而来的，是云数据中心在管理与应用层面遭遇了更为棘手的挑战。例如，虚拟机数量的大幅增加，使得虚拟机的管理任务变得愈发复杂。同时，能力输出模式也在从传统的单体应用向微服务化转变——这进一步加剧了管理复杂度，占用了大量的处理器资源。

既要高效管理虚拟机与微服务，又要加速网络、存储等基础设施，复杂性与资源开销持续攀升。传统基础架构，已经难以满足未来数据中心的实际需求。

随着微服务模型在数据中心的应用、存储和网络工作负载中越来越普及，可以预见，未来数据中心需要在以下几个方向加速转型：

1. 云原生应用的快速增长，催生了更高的专用基础设施需求，同时需要大幅提升云服务的敏捷性与运营效率。
2. 微服务化推动了分布式异构计算环境的形成，每个微服务都应在最适合它的加速节点上运行。
3. 微服务模型的广泛采用，促进了数据中心编排系统的发展，以实现各服务器间微服务分发的自动化与精细化管理。
4. 微服务、虚拟机、容器及容器编排场景的叠加，推动了服务网格的兴起——服务网格能够简化微服务间的通信并提升效率，已成为云原生堆栈的标准组成部分之一。

因此，未来数据中心的架构，必须更加面向微服务化及日益分散的应用环境进行设计，从而让异构计算带来的加速能力得到更充分的发挥。整体而言，未来的数据中心需要通过异构计算，让各类算力设施各司其职，适应分布式部署的特点，从容应对云时代的产业升级压力。

在此背景下，IPU的诞生与演进，几乎成为水到渠成的必然选择。

精灵起舞：IPU为数据中心架构带来变革性潜力

数据中心已步入必须实施架构升级的关键阶段。未来的数据中心，需要实现大规模分布式异构计算的协同工作与无缝连接。特别是那些能够承担基础设施加速任务的计算单元，可以有效分担CPU的负担——这对提升整体效率至关重要。

2021年，英特尔正式推出了基础设施处理器（IPU）。这是一种可编程的网络设备，能够帮助云服务商和通信服务商提升安全性、削减开销，并充分释放CPU的潜能。借助IPU平台，数据中心可以通过一个安全、稳定且可编程的解决方案，更高效地释放计算资源，同时获得更强的安全性和隔离性。这个“小精灵”的核心价值，正体现在它为微服务创新带来的多层面提升。

作为一种全新的产品形态，英特尔IPU在涵盖智能网卡功能的同时，还能为未来数据中心提供更高级别的安全性和控制力。其主要优势包括：

1. 减少主机侧处理器中虚拟化管理的开销，将更多处理器资源释放给应用和租户负载。
2. 将存储栈从主机侧处理器中卸载，进一步释放系统资源。
3. 卸载高密集型基础设施任务，例如加密/解密以及数据包处理。
4. 在极端情况下，IPU可以卸载整个虚拟机管理程序，使处理器所有内核专注于服务应用和微服务——这对裸金属服务来说意义尤为重大。
5. 为裸金属和云主机实现统一的云管控创造条件。

从技术架构来看，英特尔IPU之所以能够为云数据中心带来上述优势，关键在于它能将网络、存储、安全以及基础设施管理等多项能力从处理器卸载到IPU上，从而达成算力释放与加速。其具体能力包括：

• 网络加速：将承载网络I/O、数据转发的虚拟交换机软件（如OVS）从主机卸载到IPU，提升网络吞吐量并降低时延。
• 存储加速：将virtio-blk、NVMe-oF等存储接口和协议栈转移到IPU，增强弹性与灵活性，降低系统复杂性。
• 安全加速：将大量加密/解密、压缩等安全功能从主机侧卸载到IPU。
• 基础设施处理：将云服务管理功能卸载到IPU，使虚拟机、容器或裸金属服务的分配与管理更加高效。

除了引入更强性能、可灵活编程的硬件以加速特定功能外，英特尔还为IPU构建了丰富的软件生态。当前，英特尔正通过加速开发平台（ADP）来推动生态建设，助力合作伙伴快速开发和部署数据中心性能加速方案。ADP平台将提供基于英特尔开放式FPGA堆栈的板卡硬件设计、软件、驱动及技术支持，用户可借助这些资源加速IPU产品的开发进程。

这里还有一个关键点：处理器是数据中心的核心。将英特尔IPU纳入数据中心架构后，它能与至强可扩展处理器之间形成显著的协同效应。通过IPU的能力卸载与至强处理器的强化算力相结合，数据中心可以实现对算力的“开源节流”，从而获得更快的数据处理速度、更大的带宽接入能力以及更低的网络时延。

第三代英特尔至强可扩展处理器为服务器带来的增强包括：更多的内核与更优的架构带来大幅算力提升；支持更多内存和PCIe-Gen4，实现更高的每核I/O带宽；多项内置加速技术（如英特尔DL Boost）为AI场景提供强大的加速能力。

更值得一提的是，由于主机侧和IPU都采用基于英特尔架构的处理器，应用迁移变得非常便捷——甚至无需重新编译即可完成迁移。这大幅提升了开发、部署和测试的整体效率。

在这些核心价值的支撑下，云数据中心可以稳步迈向微服务创新的新阶段，为未来发展铺平道路。

助力巧匠：百度智能云的先驱探索

白皮书中，英特尔IPU与百度智能云的合作案例，提供了很好的示范价值。从实际效果来看，百度智能云成功实现了提升服务器效率、增强安全性、降低综合成本等多个目标。

在AI与云带来的数智化浪潮中，云服务正不断向各个领域延伸，承载着越来越多的核心业务。这意味着云服务商需要面对更强劲的算力需求、更大的带宽接入和更低的时延。与此同时，云服务商也需要从架构革新中持续获取价值，以确保自身竞争力。

为此，百度智能云提出了“云智一体”战略，大力发展AI云业务。AI云服务带来的算力需求呈指数级增长。面向未来，元宇宙等新兴场景还将对算力释放提出更高要求。

在此过程中，百度智能云借助英特尔的FPGA和至强D处理器构建的软硬件可编程能力，首次推出了自研DPU设备——百度太行DPU 1.0。它支持太行弹性裸金属服务，涵盖网络卸载、PCIe设备热插拔等功能，使虚拟化的开销在很大程度上沉淀于网卡，极大提升了云产品的性能。目前，该产品已在多种云服务场景中应用，获得了用户的良好反馈。实践证明，这一方案能够有效解决数据中心管理及虚拟化方面的局限性。

从参数上看，百度太行DPU 1.0配备了2个25G带宽的光口，以英特尔FPGA和至强D处理器为算力核心，实现了各项虚拟化功能的卸载。它在提供弹性网卡、弹性存储能力的同时，还支持1024个设备的热插拔。通过将云管控平面卸载到DPU上，实现了虚拟云主机与裸金属实例的共池管理——这意味着裸金属实例可以和虚拟云主机被统一调度。测试证实，该方案能为用户实现1000万PPS的转发率以及20万IOPS的存储性能。

面向未来，DPU产品也将成为智能云服务的核心组件，助力构建统一的IaaS资源弹性底座，从而为用户在百度智能云上开展业务创新与产业智能化转型提供可靠支撑。

IPU带来的架构革新，从根本上确保了算力的最大化释放，也让数据中心的核心竞争优势更加突出。实际上，自2016年起，“互联网下半场”便成为业内广泛讨论的话题。如今，当规模化竞争进入尾声，技术创新与精细化服务成为主要角力点时，“云计算的下半场”也已悄然来临。

在这一产业周期中，云服务商的竞争力不仅体现在基础设施的性价比上，更在于面向客户提供综合的服务创新、技术创新与整体价值。在此背景下，数据中心基础架构的创新变得至关重要——它既是算力集约化的保障，也是业务创新的根基。

随着英特尔IPU以及基于其参考设计的产品在数据中心架构革新中展现出显著优势，并逐步形成可持续的生态链，英特尔与百度智能云等合作伙伴正围绕云服务的未来方向，从软硬件层面持续开拓更多优化方案。例如，通过新的IPU平台提供更大网络吞吐量、实现硬件资源的全面解耦，以及依托极低时延实现端到端加速。

面向未来，英特尔计划在IPU产品体系上持续发力。2022年，英特尔推出了两款第二代200G可编程IPU，代号分别为“Oak Springs Canyon”和“Mount Evans”。前者搭载了至强D处理器与Agilex FPGA芯片，后者则是英特尔首款基于ASIC芯片的IPU产品。两款产品均能承载200G工作负载所需的基础设施加速能力，并可与至强可扩展处理器协同工作。未来两到三年内，英特尔将推出支持400G的IPU产品，并规划在2025年左右推出面向800G的FPGA和ASIC版本。

与此同时，英特尔正借助丰富的开源软件（如IPDK、SPDK、DPDK等），通过开放的生态系统、多方位的行业协作和积极的社区互动，让百度等云服务商以及最终用户能够更快地构建基于IPU的解决方案，从数据中心基础架构的持续演进中获取更大价值。

未来数据中心正在加速到来，而IPU，正在其中翩然起舞。