基于NVIDIA BlueField DPU的5G UPF数据面加速方案

在第三届 NVIDIA DPU 黑客松竞赛中，我们见证了开发者与 NVIDIA 网络技术的深度碰撞。在 23 支参赛队伍中，有 5 支队伍脱颖而出，展现了在 AI 网络、存储和安全等领域的创新突破。

由刘松，雷玮琛，张琳，高铠炜，苑新婧组成的 FireMoth42 团队凭借其项目“基于 NVIDIA BlueField DPU 的 5G UPF 数据面加速方案”，成功将 5G 用户面功能（UPF）卸载到 DPU，实现了数据面的加速和低时延处理，为边缘网络架构带来新的可能。

聚焦可编程网络 从实验到项目落地

FireMoth42 团队的研究方向长期聚焦于可编程网络、5G 与边缘计算的发展。在实际研究与行业调研中，他们注意到：随着网络流量和用户数量急剧增长，UPF 已成为电信网络核心网的性能瓶颈之一。而 NVIDIA BlueField DPU 的推出，为他们提供了将数据面（UPF）处理任务从通用服务器卸载到 DPU 专用加速硬件的绝佳契机。

“基于 DOCA Flow 库，我们在 NVIDIA BlueField DPU 上实现了 UPF 的数据面处理，并设计了一套针对大流与小流的差异化转发策略，”团队介绍道，“大流通过 eSwitch 直接转发，小流则由 CPU 处理，从而在性能与资源之间取得最优平衡。”

深挖 DOCA 官方文档 破局开发瓶颈

由于 DOCA Flow 库是一个高度抽象的库，团队在开发初期并未能查看到流处理的匹配路径和状态变化，这导致了一些未知错误，比如数据包并未按照设计的匹配条件进行正确转发，并在 pipe 串联处理数量超过 15 个时还出现了数据流处理性能下降的问题。团队想要定位这些错误和问题出现了较大困难，故在程序调试上耗费了较多的时间，当然这也极大的考验了团队的耐心与协作能力。

面对这些挑战，团队采取了多管齐下的策略。首先，他们深入查阅了 DOCA 官方文档和 SDK 示例，积极向 NVIDIA 导师团队请教，在导师的帮助下逐步厘清了开发框架中的多个关键概念，加速了团队对 DOCA Flow 架构的理解。

其次，团队还采取“反复尝试+精细验证”的策略。在调试过程中，重复执行“注释和添加代码——编译——运行——测试”的闭环流程。通过对代码逻辑进行精细拆分与变动，逐步缩小问题范围，尝试各种可能的配置组合，从而找出导致行为异常的根本原因。

此外，为了解决性能瓶颈定位难的问题，团队还编写了一系列 DOCA Flow 测试程序，通过简化逻辑、控制变量，逐步推导出 pipe 串联与表项下发的最佳实践，为后续优化提供了坚实依据。

流量分发逻辑的全面创新

本项目的核心创新在于实现了 5G UPF 从通用 CPU 到BlueField DPU的卸载与加速。团队不仅将数据面转发逻辑迁移至 BlueField DPU，还结合了实际网络流量在大、小流上的差异特征，设计了一套基于流量分类的转发策略：将大流直接通过 eSwitch 转发，以降低 CPU 干预和转发延迟；而将小流保留在 CPU 侧处理，实现资源分配的最优化。

在应用落地方面，该方案特别适用于未来的边缘电信场景，尤其是 MEC（边缘计算）架构下的小型数据中心或边缘汇聚点。相比传统方案，基于 DPU 的 UPF 加速模型不仅具备更低的时延、更优的能耗效率，还能有效释放边缘机房中宝贵的 CPU 资源，将其用于更多控制面、业务逻辑和 AI 推理等其他处理任务。

DOCA 开发者快问快答

Q

您是从哪里了解到 NVIDIA DPU 黑客松竞赛的？参赛的目标是什么？

A

我们在搜索 BlueField DPU 资料时通过知乎和搜索引擎了解到此次竞赛。参赛是为了系统的学习和使用 DOCA SDK，并与业界同行交流。

Q

赛前举办的 DPU 线上技术训练营对您的备赛起到哪些帮助？

A

在训练营中，NVIDIA 导师系统讲解了 DPU 架构、DOCA 软件栈以及典型开发案例。这帮我们快速建立了对 DOCA 开发框架和 BlueField 应用场景的整体认知，尤其是 DOCA Flow 的处理机制和代码实例，为我们节省了大量入门时间。

Q

参与 NVIDIA DPU 黑客松竞赛有哪些收获？

A

此次竞赛对我们来说是一次完整的系统级工程开发体验。从搭建环境、明确需求、模块划分到调试联通，每一步都考验团队协作与问题解决能力。我们不仅掌握了 DOCA 开发的核心流程，也深刻体会到 DPU 技术在现代网络基础设施中的应用潜力。

Q

本次竞赛有没有难忘或有趣的经历？

A

太多了，有一次因为少写一个下发语句，导致表项迟迟不生效，排查了 40 多分钟才找到问题。还有一次因字节序问题导致 ARM 侧计算结果完全颠倒。解决这些问题的过程既痛苦又充满成就感。

Q

团队里是否有女性开发者？她们发挥了怎样的作用？

A

我们团队共有两位女性成员，她们不仅参与核心架构设计，还在代码实现、性能测试、调试验证中发挥关键作用。她们思维细腻、耐心包容，经常能在团队陷入困境时提出新思路，也是团队的“粘合剂”，增强了整体凝聚力。

这次竞赛也让我们意识到，技术从不是某类群体的专属舞台，而是每一个热爱探索、勇于挑战的开发者共同创造的空间。

Q

什么契机让您成为 DOCA 开发者？

A

我们实验室的研究方向本身就聚焦于可编程网络，而其中最重要的设备类型就是可编程交换机与智能网卡。BlueField DPU 正是智能网卡领域中的代表性硬件，它不仅在工业界的实际部署中表现优异，在学术研究中也逐渐成为热点。因此，作为研究生，我们也想探索 BlueFiled 的强大功能，故而逐步走上了 DOCA 开发者的道路。

Q

您对 DOCA 和DOCA 中国开发者社区有何评价？

A

DOCA 是我们用过文档最完整、功能也最丰富的网络加速开发工具之一。无论是开发框架、API 文档，还是代码示例，整体结构都非常清晰，对新手来说也非常友好。

DOCA 中国开发者社区也给了我们很多帮助。无论是查资料、问问题，还是参与线上活动、获取导师建议，都非常高效。社区里的技术氛围也很好，很适合成长、交流和结识志同道合的伙伴。

开发者寄语

“技术的赛场不分性别，而是每一个热爱探索的人的共同舞台。欢迎更多同学加入 DPU 与 DOCA 的开发行列，在边缘智能与网络创新的浪潮中，写下属于你们的代码故事！”