自研數(shù)據(jù)中心專用處理器，阿里云的“芯”邏輯是什么
國內(nèi)云計算產(chǎn)業(yè)走到了新的十字路口：一方面，云廠商競爭愈加關(guān)注市場、訂單、價格；此外，云計算技術(shù)正在進(jìn)入下一代架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)突破期
文 | 吳俊宇 陳伊凡
編輯 | 謝麗容
國內(nèi)云計算市場經(jīng)歷過去幾年高速增長之后，正在進(jìn)入調(diào)整階段。
目前，云廠商的收入增速在回調(diào)。與此同時，云計算技術(shù)正在進(jìn)入下一代架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)突破期。2020年之后，亞馬遜AWS、微軟Azure、英偉達(dá)、英特爾正在加速改造云計算基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計方法，試圖定義下一代云計算架構(gòu)。比較通用的做法是，整合集群架構(gòu)、改善算法與管理軟件、定制芯片和硬件等，重塑基礎(chǔ)設(shè)施。
今年年初，多位云廠商高管曾對《財經(jīng)十一人》表示，國內(nèi)云市場目前存在一些偏離健康軌道的現(xiàn)象。比如，過度關(guān)注市場、訂單、價格競爭，忽略用技術(shù)創(chuàng)新引導(dǎo)客戶需求。本土、海外環(huán)境在變化，國內(nèi)云廠商走到了十字路口。
6月13日的2022年阿里云峰會上，阿里云智能總裁張建鋒表示，阿里云今年最重要策略是“Back to Basic”，回歸云計算技術(shù)本質(zhì)，堅持技術(shù)“長征”。在關(guān)鍵階段，阿里云試圖為下代云架構(gòu)提前布局。
阿里云在此時發(fā)布了一款自研的云數(shù)據(jù)中心專用處理器。這款處理器被稱為CIPU（Cloud Infrastructure Processing Units 數(shù)據(jù)中心專用處理器）。CIPU相對輕量級，并不是公眾熟知的通用計算類芯片，而是專用于云計算數(shù)據(jù)中心的管控，可以綜合調(diào)度CPU（Central Processing Unit，中央處理器）、GPU（Graphics Processing Unit ，圖形處理器）、存儲硬盤、交換機(jī)等硬件。
理論上說，這款處理器會減少云廠商管理數(shù)據(jù)中心的損耗，讓數(shù)據(jù)中心算力更強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)更快，但算力成本不會明顯提升。阿里云基礎(chǔ)產(chǎn)品負(fù)責(zé)人蔣江偉在接受《財經(jīng)十一人》等媒體采訪時表示，該處理器已經(jīng)在阿里云數(shù)據(jù)中心規(guī)模使用。但阿里云方面并未披露硬件方面的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。
阿里云智能總裁張建鋒表示，基于傳統(tǒng)的以CPU為中心的體系架構(gòu)已觸及瓶頸。新一代的云計算要從數(shù)據(jù)中心內(nèi)部做體系化創(chuàng)新，從以往的以CPU為中心的體系架構(gòu)，進(jìn)入以CIPU為中心的體系架構(gòu)。
他解釋，這款云數(shù)據(jù)中心專用處理器CIPU是阿里云的管控中心。向下接入數(shù)據(jù)中心的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源，快速云化并進(jìn)行硬件加速；向上接入飛天云操作系統(tǒng)，管控阿里云全球上百萬臺服務(wù)器。
阿里云推出CIPU，部署下一代云架構(gòu)，要先從海外云廠商、芯片廠商的動作談起。
2020年后，海外云廠商、芯片廠商在加速設(shè)計下一代云計算基礎(chǔ)設(shè)施的架構(gòu)。新架構(gòu)中搭載云操作系統(tǒng)的處理器從CPU變成了一個新的硬件處理器。這個硬件由軟件定義、并對數(shù)據(jù)進(jìn)行硬件加速。
為什么要這樣做？本質(zhì)原因是，CPU芯片不是為了搭載云操作系統(tǒng)而設(shè)計。CPU的優(yōu)勢是單核性能強(qiáng)，在指令性計算任務(wù)處理時，性能優(yōu)異，但天生的數(shù)據(jù)吞吐能力小，遇到分布式大數(shù)據(jù)系統(tǒng)就要消耗30%到50%資源用于搬運(yùn)數(shù)據(jù)。
隨著數(shù)據(jù)密集型計算變多，海量數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)中搬運(yùn)計算。這時，站在系統(tǒng)內(nèi)部“十字路口”中心位置的管控CPU就變成了“壞掉的紅綠燈”，數(shù)據(jù)擁堵導(dǎo)致性能下降。因此，需要引入新的芯片硬件，替換掉這個“紅綠燈”，讓數(shù)據(jù)流動通暢起來。
亞馬遜的方案是Nitro。2020年亞馬遜CTO沃納·沃格斯公開撰文稱，傳統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)優(yōu)化到了極限。沃格斯以AWS的客戶場景舉例，然而在傳統(tǒng)架構(gòu)下，仍然約30%的資源浪費(fèi)到了算力、網(wǎng)絡(luò)、存儲的運(yùn)營和調(diào)度管理上。這些資源沒有為客戶提供直接價值。
他提出的解決方案是，把大部分虛擬機(jī)管理程序遷移到專用硬件。早在2017年，亞馬遜AWS就試圖用Nitro系統(tǒng)取代上一代架構(gòu)。相比于CPU芯片像“牛刀”，Nitro像是“手術(shù)刀”，可以精準(zhǔn)解決云資源調(diào)度的問題。
在產(chǎn)品形態(tài)上看，Nitro既是硬件產(chǎn)品，也是軟件系統(tǒng)。作為硬件，Nitro是個盒子。其中包括若干個硬件模塊（操作系統(tǒng)芯片、安全芯片、網(wǎng)絡(luò)加速模塊等）。作為軟件，Nitro是數(shù)據(jù)中心的管理模塊，能直接調(diào)度監(jiān)控計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件資源。
阿里云基礎(chǔ)產(chǎn)品負(fù)責(zé)人蔣江偉也強(qiáng)調(diào)，阿里云的CIPU和亞馬遜AWS的Nitro定位類似。它既是硬件盒子，也是管控系統(tǒng)，對接飛天云操作系統(tǒng)。CIPU主要由專用芯片和控制器構(gòu)成，形態(tài)像盒子或智能網(wǎng)卡，主要用于管理飛天云操作系統(tǒng)。
阿里云基礎(chǔ)產(chǎn)品架構(gòu)師黃瑞瑞則認(rèn)為，這款CIPU針對阿里云的神龍計算平臺、盤古存儲平臺、洛神網(wǎng)絡(luò)平臺、安全內(nèi)核進(jìn)行了深度的適配，會讓阿里云的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全性能有更好的表現(xiàn)。但阿里云的客戶不會因為CIPU增加用云成本。
亞馬遜AWS、阿里云這些云廠商在定制云架構(gòu)的專用芯片時，芯片廠商也在同步推出相應(yīng)的芯片，試圖改造云基礎(chǔ)設(shè)施。
2020年之后英特爾、英偉達(dá)等芯片巨頭也在推出類似的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品。英特爾的IPU（Infrastructure Processing Units，基礎(chǔ)設(shè)施處理器）和英偉達(dá)的DPU（Data Processing Unit，數(shù)據(jù)處理器），雖然技術(shù)路徑南轅北轍，但目標(biāo)都非常一致——設(shè)計一個新的管控處理器，替換掉CPU的管控職能。
網(wǎng)絡(luò)處理器廠商博通也有相關(guān)動作，其知名產(chǎn)品是NPU（Network Processing Unit，網(wǎng)絡(luò)處理器）。博通在今年6月收購云計算與虛擬化廠商VMware，其意圖是以網(wǎng)絡(luò)芯片定制能力切入，改造數(shù)據(jù)中心。
一位半導(dǎo)體專業(yè)技術(shù)人士對《財經(jīng)十一人》表示，英特爾原本就是CPU巨頭，推出IPU是滿足數(shù)據(jù)密集型場景的高帶寬需求。英偉達(dá)則希望用DPU連接GPU，進(jìn)軍數(shù)據(jù)中心市場，彌補(bǔ)短板。
一位云計算專業(yè)技術(shù)人士告訴我們，亞馬遜AWS的Nitro、阿里云的CIPU、英特爾的IPU、英偉達(dá)的DPU各家定義和側(cè)重不同，定制芯片的產(chǎn)品職能也有部分重合。但核心在于各家不會對外透露的產(chǎn)品設(shè)計，“這個硬件不同于其他，這個位置是軟件和硬件的連接端口，要做到軟硬件完美融合，才能是個好產(chǎn)品。”
阿里云表示，CIPU不會對外出售，因為這款產(chǎn)品是專門為飛天操作系統(tǒng)量身定制，做到了軟硬一體的最佳融合。亞馬遜的Nitro也僅用在自家數(shù)據(jù)中心。而作為硬件提供方的英特爾和英偉達(dá)，正在積極向其他云廠商推廣自己的IPU和DPU產(chǎn)品。
“現(xiàn)在大家都在投入的階段，誰也不信誰的，過幾年才能打出個局面來。誰贏了就能定義未來的IT產(chǎn)業(yè)鏈。”這位專業(yè)人士說。
自研數(shù)據(jù)中心專用管控芯片看起來可行。接下來的問題是，成本和戰(zhàn)略。
成本問題包括兩個層面，一是云廠商自身成本，二是客戶的用云成本。
如果云廠商向英偉達(dá)、英特爾采購專用的數(shù)據(jù)中心管控芯片，還要承擔(dān)運(yùn)營成本。此外，英偉達(dá)、英特爾提供的管控芯片仍無法完全滿足云廠商的個性化需求。
對云廠商來說，自研該芯片理論上更劃算。因為自研可滿足個性化需求，且價格可接受，還能提升管理、優(yōu)化功耗、減少云資源浪費(fèi)。
海外媒體在2022年有測算，Nitro的硬件處理器成本只需數(shù)十美元，但單片CPU芯片成本是數(shù)百或數(shù)千美元。亞馬遜AWS也曾公布，即使算上研發(fā)成本，Nitro定制芯片五年來的綜合成本仍相比CPU芯片更低。
對云計算客戶來說，他們有越來越多的數(shù)據(jù)密集型計算需求，需要價格不變的前提下，得到更高的性能。
以往Nitro定制芯片的實(shí)踐結(jié)果是，云上的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源變得更快也更安全，還不必承擔(dān)云廠商過去資源浪費(fèi)帶來的轉(zhuǎn)嫁成本。阿里云基礎(chǔ)產(chǎn)品架構(gòu)師黃瑞瑞則對《財經(jīng)十一人》表示，自研CIPU處理器不影響資源定價，對操作界面、應(yīng)用開發(fā)也沒有影響。
更關(guān)鍵的問題是戰(zhàn)略。阿里云2020年后一直沿著“做深基礎(chǔ)、做厚中臺、做強(qiáng)生態(tài)、做好服務(wù)”的戰(zhàn)略前行。“做深基礎(chǔ)”的內(nèi)涵是，做深云底座。以飛天操作系統(tǒng)向下延伸，定制芯片、數(shù)據(jù)庫、路由器、交換機(jī)等硬件，基于阿里云的特點(diǎn)構(gòu)建云基礎(chǔ)設(shè)施。
在計算芯片領(lǐng)域，阿里云的策略是，基于“一云多芯”戰(zhàn)略對X86、ARM、RISC-V等多種架構(gòu)進(jìn)行適配，兼容飛騰、鯤鵬、AMD、Ampere等多種CPU，形成標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)的算力輸出。即是圍繞飛天操作系統(tǒng)做定制，既滿足自身個性化需求，也強(qiáng)化自主可控能力。長期以來，阿里云一直在自研和戰(zhàn)略緊密相關(guān)的芯片。如2020年發(fā)布的神龍DPU，2021年發(fā)布的服務(wù)器芯片倚天710。
此次發(fā)布的數(shù)據(jù)中心專用處理器CIPU是對阿里云核心技術(shù)布局的補(bǔ)足。強(qiáng)調(diào)“Back to Basic”，則是對“做深基礎(chǔ)”的延續(xù)，也是對AWS等海外云廠商、芯片廠商改造云計算底層技術(shù)架構(gòu)的回應(yīng)。
過去十多年，云計算技術(shù)經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段。
第一階段是分布式和虛擬化技術(shù)替代了大型機(jī)、小型機(jī)，滿足了當(dāng)時企業(yè)業(yè)務(wù)擴(kuò)展帶來的算力彈性需求。
第二階段出現(xiàn)了資源池化技術(shù)，通過把計算和存儲進(jìn)行分離，而后規(guī)模化編排和調(diào)度，形成了超大規(guī)模的計算和存儲資源池。
技術(shù)的迭代自然促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的更迭。過去三年，國內(nèi)云計算產(chǎn)業(yè)走到了十字路口。一方面，云廠商競爭愈加關(guān)注市場、訂單、價格。市場價格、商務(wù)關(guān)系上硬碰硬交戰(zhàn)正在加劇低水平競爭。頭部云廠商的收入增速普遍回調(diào)至20%-30%左右。
與此同時，在海外，云計算技術(shù)正在進(jìn)入下一代架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)突破期。國內(nèi)云廠商的管理層開始調(diào)整業(yè)務(wù)，思考新增長路徑，及重新自我定位。這個階段更關(guān)注提高毛利率，強(qiáng)化核心競爭力，尋求健康可持續(xù)且有質(zhì)量的增長。
阿里云是國內(nèi)最大的云計算廠商。它的選擇是，繼續(xù)建設(shè)新的架構(gòu)，從最底層的數(shù)據(jù)中心核心部件到最上層云原生軟件，形成完整的自研技術(shù)體系。提升技術(shù)底層能力的價值一方面在于提升基礎(chǔ)設(shè)施能力，強(qiáng)化產(chǎn)品競爭力。另一邊，還要于優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)。在未來還可以持續(xù)研發(fā)高附加值且代表產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的產(chǎn)品。
多位云廠商高管此前的觀點(diǎn)是，云計算的本質(zhì)是技術(shù)創(chuàng)新，中國企業(yè)需要理解全球市場的技術(shù)變革，而非在本土市場陷入內(nèi)卷競爭。國內(nèi)市場存在部分偽需求，容易在技術(shù)上把云廠商帶入誤區(qū)。云廠商在這種環(huán)境下，需要具備規(guī)則制定能力，還要保持克制的戰(zhàn)略定力。
其中一位云廠商高管進(jìn)一步解釋，阿里云需要用技術(shù)能力牽引客戶需求，確保自身在數(shù)字化市場的前瞻理解。事實(shí)上，亞馬遜AWS和微軟云的技術(shù)能力為其制定市場規(guī)則，獲得客戶關(guān)系中的主動權(quán)起到了重要作用。
阿里2022財年（即2021年3月-2022年3月）報告顯示，阿里云在2022財年營收為746億元，經(jīng)調(diào)整EBITA利潤為11億元。阿里集團(tuán)2022財年研發(fā)支出555億元。該研發(fā)支出規(guī)模在2022年位居國內(nèi)民營科技企業(yè)第二，僅次于華為，高于騰訊。
阿里云的新一輪“芯”戰(zhàn)開始了，這一輪戰(zhàn)役的核心意圖是：試圖在新的進(jìn)展環(huán)境下強(qiáng)化技術(shù)投入，保持定力，確保戰(zhàn)略主動權(quán)。
作者為《財經(jīng)》記者
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