2015年1月，在業(yè)界一片議論紛紛卻又摸不著頭腦的猜疑聲中，亞馬遜公司以3.7億美元的驚人價格買下了一家以色列芯片設(shè)計公司——Annapurna Labs。

當(dāng)時，Annapurna Labs成立僅4年，尚未對外發(fā)布任何一款芯片產(chǎn)品，甚至對自己的研發(fā)進程也一直諱莫如深。業(yè)界只知道它們正在試圖研發(fā)一種新型芯片，試圖讓低功率的計算服務(wù)器和存儲服務(wù)器快速地運行數(shù)據(jù)。

沒人知道這家公司究竟要干什么，也沒人知道亞馬遜為什么要買它。

兩年之后的亞馬遜年度大會re:invent 2017上，當(dāng)亞馬遜首次正式向世界推出自研云服務(wù)器芯片項目Nitro、當(dāng)那片印有Annapurna logo的芯片出現(xiàn)在世人面前時，人們才恍然大悟。

把視野拉回到國內(nèi)，中國云計算公司在自研芯片這條路上已走進世界前列。在2022云棲大會上，阿里云宣布自研芯片倚天710已大規(guī)模應(yīng)用，算力性價比大幅提升超30%，未來兩年阿里云20%的新增算力將使用自研CPU。

自研芯片，已是云廠商的必由之路。

一、從價格戰(zhàn)到技術(shù)戰(zhàn)

2015年，海外云計算市場的“價格戰(zhàn)”已經(jīng)近白熱狀態(tài)。

在云計算發(fā)展初期，各家所能提供的大多都是基于上游硬件資源的IaaS服務(wù)，不同云廠商之間的產(chǎn)品差別不大。

管理經(jīng)濟學(xué)告訴我們，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)同質(zhì)化，價格戰(zhàn)無可避免。

在海外，亞馬遜（AWS）、谷歌、微軟紛紛入局，以價格戰(zhàn)跑馬圈地，搶奪更高的市場份額。AWS更是一度以每年降價12次的驚人節(jié)奏迅速擴張，市場競爭日益激烈。

國內(nèi)也不例外，自2015年起，阿里、騰訊等國內(nèi)巨頭紛紛加速擴張，市場多番鏖戰(zhàn)。

但企業(yè)想要健康發(fā)展，最終只能回歸技術(shù)，回歸研發(fā)，以性能更強，體驗更好的差異化產(chǎn)品打動用戶。

2018年，阿里宣布全資收購中國大陸唯一的自主嵌入式CPU IP Core公司——中天微，并在隨后宣布將達摩院芯片研發(fā)團隊與中天微團隊合并，成立平頭哥半導(dǎo)體。

2019年，阿里云首款自研服務(wù)器AI芯片含光800正式面世。

歷史總是相似的。

近年間，以AI機器學(xué)習(xí)、大規(guī)模視頻處理、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理等為首的高負(fù)載云計算應(yīng)用日益增多，其場景運算強度大、高并發(fā)、應(yīng)用復(fù)雜，對云計算廠商的服務(wù)質(zhì)量提出了前所未有的極高要求，并倒逼服務(wù)器芯片加速發(fā)展。

尤其是在“云原生”的概念提出后——傳統(tǒng)IT時代的云計算更多是為了適配當(dāng)前的IT架構(gòu)，進而適配各類應(yīng)用?？稍谠圃鷷r代里，多款應(yīng)用本身就是“長在云上”的——如何根據(jù)這些云原生應(yīng)用的需求打造更適宜其生長的土壤，成了云廠商技術(shù)變革的頭等大事。

“云土壤”的改造既涉及軟件、架構(gòu)、操作系統(tǒng)，又涉及網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、計算板卡，更會涉及最為核心的算力來源——芯片。

第三方芯片公司固然也在跟隨技術(shù)進步不斷推出新產(chǎn)品，然而，作為最熟悉自身業(yè)務(wù)的人，云計算廠商最知道自己的業(yè)務(wù)有什么差異化的需求，什么樣的芯片才能做到特定性能效率的最大化。

正如阿里云彈性計算產(chǎn)品線負(fù)責(zé)人張獻濤所言，“云計算做到一定規(guī)模的時候，你發(fā)現(xiàn)（自研芯片）非做不可。”

當(dāng)然，云計算中涉及的芯片種類繁多，各家側(cè)重點也有所不同。

比如，阿里的含光800、谷歌的TPU、以及芯片廠商英特爾的Habana Gaudi 2、英偉達的H100等，都是側(cè)重于人工智能應(yīng)用的計算芯片。此外，近年間還有DPU、IPU、CIPU等新型數(shù)據(jù)中心處理器。

云計算芯片市場的老玩家——CPU自然也不會缺席。

近20年來，云服務(wù)器CPU市場長年被英特爾的x86架構(gòu)統(tǒng)治，其市場份額甚至一度超過90%。

CPU架構(gòu)設(shè)計難度大、生態(tài)壁壘高，一直是芯片產(chǎn)業(yè)的集大成之作。

然而，哪里有壟斷，哪里就有挑戰(zhàn)者。從2008年開始，ARM就持續(xù)對服務(wù)器芯片市場發(fā)動了進攻，惠普、AMD、博通、高通等芯片設(shè)計公司都曾陸續(xù)推出相關(guān)產(chǎn)品，可惜大多折戟。 

然而，市場并未因一時的失利而失去信心。2018年，ARM發(fā)布ARM Neoverse計算平臺，瞄準(zhǔn)了云計算服務(wù)器、HPC、AI與機器學(xué)習(xí)加速這幾大場景。

隨后幾年里，AWS推出Graviton系列服務(wù)器CPU；Ampere Computing推出80核Ampere Altra和128核Ampere Altra Max服務(wù)器CPU；國內(nèi)廠商飛騰推出多款服務(wù)器CPU。 

作為國內(nèi)云計算產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭玩家，阿里云也在2021年的云棲大會上推出了首款自研云原生處理器CPU——倚天710。

這是阿里第一顆“為云而生”的CPU，容納了高達600億個晶體管。它基于ARM v9架構(gòu)打造，擁有128核，并在全球權(quán)威CPU基準(zhǔn)測試集SPECint 2017上拿到了440分的超高成績，超出業(yè)界標(biāo)桿20%。

而在今年的2022云棲大會現(xiàn)場，阿里云智能總裁張建鋒更是進一步宣布，經(jīng)過一年的業(yè)務(wù)驗證后，倚天710已經(jīng)完成大規(guī)模部署，不僅支撐了阿里巴巴內(nèi)部核心電商業(yè)務(wù)，還開始對匯量科技等科學(xué)研究、智能手機和互聯(lián)網(wǎng)等多家企業(yè)提供服務(wù)。

據(jù)張建鋒介紹，基于倚天710的云計算實例在數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)、視頻編解碼、AI推理等核心場景中的性價比提升30%以上，單位算力功耗（耗電量）降低了60%以上。

二、拿雙11“練手”：“奢侈”的成長史

倚天710去年完成流片，今年就已完成大規(guī)模部署，并能夠?qū)ν馓峁┓?wù)，其速度之快，在動輒以3-5年為迭代周期的芯片行業(yè)可謂驚人。

這是所有云廠商自研芯片都具備的優(yōu)勢——不用等待漫長的反饋周期。 

據(jù)張獻濤介紹，在傳統(tǒng)的云計算廠商與第三方芯片供應(yīng)商合作的過程中，一個新的性能需求不僅要經(jīng)過雙方的多番溝通驗證，還要少則三四年、多則六七年才能變成現(xiàn)實。

“高端領(lǐng)域的技術(shù)日新月異，四年可能已經(jīng)天翻地覆了?！睆埆I濤感嘆道。

由于英特爾等第三方芯片供應(yīng)商的產(chǎn)品往往是通用的，需要適用于不同的用戶的不同場景，其因此需要在不同的條件下反復(fù)測試。

但對于云廠商自研的芯片來說，只要確保這塊芯片在自家數(shù)據(jù)中心里穩(wěn)定運行即可，無須讓它適配市面上的其他企業(yè)。

而且，自家研發(fā)的芯片還有一項令人艷羨不已的“奢侈”享受。

據(jù)張獻濤回憶，倚天710在去年流片回來后不久，就迎來了阿里一年一度的“雙11”大促。

“雙11”這場全民購物狂歡，也是阿里IT一年一度的攻堅之戰(zhàn)，其流量、強度、并發(fā)度都是全球頂尖級別的難度。

剛剛從襁褓中誕生的倚天710，就這樣被硬生生地推到了“雙11”前線，由芯片工程師團隊利用“雙11”豐富的數(shù)據(jù)庫、存儲、AI計算等高強度場景進行全面“地獄級”壓力測試，有如武俠小說里七八個不世出的絕頂高手將畢生所學(xué)全部傳授給一個剛剛會走路的小孩，這小孩的成長速度絕不可與常人同日而語。

傳統(tǒng)來說，客戶對芯片樣片進行部署、測試、收集、反饋的周期長達半年甚至一年，芯片廠需要再根據(jù)客戶反饋進行重新的設(shè)計與改版。

而對于既是客戶，又是供應(yīng)商的云計算廠商而言，這往往就是發(fā)起一個跨部門會議的事情。

當(dāng)前，阿里云上已經(jīng)有百萬臺服務(wù)器，支撐了各行各業(yè)不同的應(yīng)用場景，其復(fù)雜、豐富程度成為倚天710的絕佳養(yǎng)料，能夠讓芯片團隊在最短時間內(nèi)得到最全面的反饋數(shù)據(jù)。

“我們在今年春節(jié)前就已經(jīng)知道這顆芯片是靠譜的。前期的場景壓測給了我們很大的信心?！睆埆I濤說。

三、從1到100，生態(tài)破局之戰(zhàn)

正如上文所言，CPU設(shè)計難度大、生態(tài)壁壘高，一直是芯片產(chǎn)業(yè)的集大成之作。

“設(shè)計難度大”比較好理解，但實際上，“生態(tài)壁壘高”才是困住CPU的真正阻礙。

通俗來講，就是做一個CPU出來，沒有那么難；讓大家都能用好這個CPU，很難。

就像安卓的軟件不能在iOS平臺運行，一直以來，應(yīng)用、操作系統(tǒng)、芯片架構(gòu)都是高度綁定的。在電腦、手機等消費電子領(lǐng)域，更換芯片架構(gòu)是“傷筋動骨”的大手術(shù)，需要芯片廠商、系統(tǒng)廠商、應(yīng)用開發(fā)者的多方面緊密協(xié)作，難度很高。

然而在云計算領(lǐng)域，自研芯片讓問題變得簡單了一些。

早在2007年，阿里就開始啟動了“飛天”云操作系統(tǒng)的自研。隨后，阿里云又陸續(xù)推出了解決虛擬化性能損耗問題的“神龍”架構(gòu)服務(wù)器、“盤古”分布式存儲系統(tǒng)、基于軟硬一體的“洛神”云網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、“磐久”液冷集裝箱、開源服務(wù)器操作系統(tǒng)“龍蜥”、云原生數(shù)據(jù)庫PolarDB、AI統(tǒng)一平臺靈杰…… 

而在芯片領(lǐng)域，阿里云也陸續(xù)推出了云基礎(chǔ)設(shè)施處理器CIPU、云計算AI推理芯片“含光”系列、RISC-V處理器“玄鐵”系列、RFID芯片“羽陣”系列、服務(wù)器CPU“倚天”系列……

這些阿里的自研技術(shù)產(chǎn)品，從軟件到硬件，幾乎覆蓋了云計算的整個鏈路環(huán)節(jié)，讓阿里將改換芯片架構(gòu)的“傷筋動骨”環(huán)節(jié)所遇到的阻力盡可能最小化。

對于用戶而言，從普通實例遷移到倚天710云實例上的應(yīng)用，則更是做到了“零代碼”遷移。用戶僅需要做簡單的重新部署/編譯，便能輕松實現(xiàn)近乎無感的平滑遷移。

但是，用戶為什么要花費這些時間和精力去遷移到一個全新的架構(gòu)里呢？

因為自研芯片所帶來的性能提升與成本下降極其顯著。

張建鋒透露，當(dāng)前，倚天710云實例已在多家互聯(lián)網(wǎng)科技公司大規(guī)模應(yīng)用，覆蓋了材料研發(fā)、廣告推理、語音推理、電商交易等多個領(lǐng)域。

其視頻編碼應(yīng)用性能提升80%、數(shù)據(jù)庫性能提升30%、AI推理性能提高了70%。最可貴的是，其算力性價比提升了超過超30%，單位算力功耗降低了60%——真可謂“加量不加價”了。

比如，匯量科技的廣告推理精排業(yè)務(wù)性能和內(nèi)網(wǎng)帶寬上均實現(xiàn)了提升，綜合性價比提升40%以上。

匯量科技首席人工智能官朱小強就曾表示，隨著在線推理模型的不斷升級，匯量科技對CPU性能和內(nèi)網(wǎng)帶寬要求更高，倚天710實例很好地滿足了公司業(yè)務(wù)升級的新需求，做到了降本增效。 

在2022云棲大會上，張建鋒進一步宣布，未來兩年，阿里云有20%的新增算力將來自阿里云的自研芯片。

四、一云多芯，重塑云計算產(chǎn)業(yè)

早在去年，阿里云就宣布了其“一云多芯”的核心戰(zhàn)略——以飛天操作系統(tǒng)為核心，全面向下兼容x86、ARM、RISC-V等多種芯片架構(gòu)，以及倚天、AMD、Ampere等多種CPU，并將其封裝成直接面向用戶的標(biāo)準(zhǔn)算力，既解決了CPU不兼容導(dǎo)致的云和軟件開發(fā)問題，又讓更多種類的芯片進入云計算生態(tài)。

今年6月，阿里云正式發(fā)布了CIPU（Cloud infrastructure Processing Units）。這是一套阿里云歷時7年所打造的云數(shù)據(jù)中心專用處理器，未來將替代CPU成為云計算的管理、加速計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源中心。

在本次云棲大會上，阿里云首次展現(xiàn)了“飛天+CIPU+CPU”的組合成果。據(jù)阿里透露，這一組合性能表現(xiàn)普遍優(yōu)于業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品，性價比可提升30%以上。

這不僅是阿里在CIPU、倚天710等芯片上取得的成果，更是過去十幾年間年，阿里云在自研操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、存儲、網(wǎng)絡(luò)和芯片等軟硬件技術(shù)上取得的協(xié)同成果。

冰凍三尺，非一日之寒。阿里巴巴集團CFO武衛(wèi)曾在全球投資者大會上透露，這幾年，阿里在技術(shù)和研發(fā)上的投入每年都超過1000億人民幣。 

當(dāng)前，從軟件到硬件，從操作系統(tǒng)到計算架構(gòu)，從上層應(yīng)用到底層架構(gòu)，以人工智能、虛擬現(xiàn)實等為代表的新興行業(yè)應(yīng)用正倒逼云計算廠商不斷加大技術(shù)自研力度，力圖在如今的重要節(jié)點，抓住新一代云計算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義，得到重塑云計算產(chǎn)業(yè)的話語權(quán)。

如今，阿里云的野心已不僅僅是推出一款芯片、一個架構(gòu)，更是秉承著“一云多芯”的戰(zhàn)略指導(dǎo)，徹底改革傳統(tǒng)的以CPU為中心的云計算體系，憑借著“飛天+CIPU+豐富算力來源”的新架構(gòu)，將云計算產(chǎn)業(yè)推向新時代，從云效率最大化出發(fā)，重構(gòu)數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建軟硬一體的“新一代云計算體系”。

張建鋒在云棲大會上表示，當(dāng)前以云計算為核心的新型計算體系，正在帶來三大變革： 

1、云重構(gòu)了整個IT硬件體系，數(shù)據(jù)中心、芯片、服務(wù)器等產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生深刻變化；

2、軟件研發(fā)范式發(fā)生深刻變革，Serverless、低代碼、AI大模型開源等趨勢，大幅提升軟件生產(chǎn)效率；

3、云和端加速融合，算力從端轉(zhuǎn)移上云，未來萬物皆是計算機。

在這個全新的云計算時代里，芯片、操作系統(tǒng)、上層應(yīng)用的原生融合已是大勢所趨。倚天710的推出與成功大規(guī)模部署應(yīng)用，既是這條技術(shù)變革道路之上的里程碑，又僅僅只是萬里長征的一個開始。

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