自研數據中心專用處理器，阿里云的“芯”邏輯是什么
國內云計算產業走到了新的十字路口：一方面，云廠商競爭愈加關注市場、訂單、價格；此外，云計算技術正在進入下一代架構關鍵技術突破期
文 | 吳俊宇 陳伊凡
編輯 | 謝麗容
國內云計算市場經歷過去幾年高速增長之后，正在進入調整階段。
目前，云廠商的收入增速在回調。與此同時，云計算技術正在進入下一代架構關鍵技術突破期。2020年之后，亞馬遜AWS、微軟Azure、英偉達、英特爾正在加速改造云計算基礎設施設計方法，試圖定義下一代云計算架構。比較通用的做法是，整合集群架構、改善算法與管理軟件、定制芯片和硬件等，重塑基礎設施。
今年年初，多位云廠商高管曾對《財經十一人》表示，國內云市場目前存在一些偏離健康軌道的現象。比如，過度關注市場、訂單、價格競爭，忽略用技術創新引導客戶需求。本土、海外環境在變化，國內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”，回歸云計算技術本質，堅持技術“長征”。在關鍵階段，阿里云試圖為下代云架構提前布局。
阿里云在此時發布了一款自研的云數據中心專用處理器。這款處理器被稱為CIPU（Cloud Infrastructure Processing Units 數據中心專用處理器）。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據中心的管控，可以綜合調度CPU（Central Processing Unit，中央處理器）、GPU（Graphics Processing Unit ，圖形處理器）、存儲硬盤、交換機等硬件。
理論上說，這款處理器會減少云廠商管理數據中心的損耗，讓數據中心算力更強、網絡更快，但算力成本不會明顯提升。阿里云基礎產品負責人蔣江偉在接受《財經十一人》等媒體采訪時表示，該處理器已經在阿里云數據中心規模使用。但阿里云方面并未披露硬件方面的關鍵技術指標。
阿里云智能總裁張建鋒表示，基于傳統的以CPU為中心的體系架構已觸及瓶頸。新一代的云計算要從數據中心內部做體系化創新，從以往的以CPU為中心的體系架構，進入以CIPU為中心的體系架構。
他解釋，這款云數據中心專用處理器CIPU是阿里云的管控中心。向下接入數據中心的計算、存儲、網絡資源，快速云化并進行硬件加速；向上接入飛天云操作系統，管控阿里云全球上百萬臺服務器。
阿里云推出CIPU，部署下一代云架構，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、芯片廠商在加速設計下一代云計算基礎設施的架構。新架構中搭載云操作系統的處理器從CPU變成了一個新的硬件處理器。這個硬件由軟件定義、并對數據進行硬件加速。
為什么要這樣做？本質原因是，CPU芯片不是為了搭載云操作系統而設計。CPU的優勢是單核性能強，在指令性計算任務處理時，性能優異，但天生的數據吞吐能力小，遇到分布式大數據系統就要消耗30%到50%資源用于搬運數據。
隨著數據密集型計算變多，海量數據在不同系統中搬運計算。這時，站在系統內部“十字路口”中心位置的管控CPU就變成了“壞掉的紅綠燈”，數據擁堵導致性能下降。因此，需要引入新的芯片硬件，替換掉這個“紅綠燈”，讓數據流動通暢起來。
亞馬遜的方案是Nitro。2020年亞馬遜CTO沃納·沃格斯公開撰文稱，傳統架構已經優化到了極限。沃格斯以AWS的客戶場景舉例，然而在傳統架構下，仍然約30%的資源浪費到了算力、網絡、存儲的運營和調度管理上。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系統取代上一代架構。相比于CPU芯片像“牛刀”，Nitro像是“手術刀”，可以精準解決云資源調度的問題。
在產品形態上看，Nitro既是硬件產品，也是軟件系統。作為硬件，Nitro是個盒子。其中包括若干個硬件模塊（操作系統芯片、安全芯片、網絡加速模塊等）。作為軟件，Nitro是數據中心的管理模塊，能直接調度監控計算、存儲、網絡等硬件資源。
阿里云基礎產品負責人蔣江偉也強調，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，對接飛天云操作系統。CIPU主要由專用芯片和控制器構成，形態像盒子或智能網卡，主要用于管理飛天云操作系統。
阿里云基礎產品架構師黃瑞瑞則認為，這款CIPU針對阿里云的神龍計算平臺、盤古存儲平臺、洛神網絡平臺、安全內核進行了深度的適配，會讓阿里云的計算、存儲、網絡、安全性能有更好的表現。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的專用芯片時，芯片廠商也在同步推出相應的芯片，試圖改造云基礎設施。
2020年之后英特爾、英偉達等芯片巨頭也在推出類似的數據中心產品。英特爾的IPU（Infrastructure Processing Units，基礎設施處理器）和英偉達的DPU（Data Processing Unit，數據處理器），雖然技術路徑南轅北轍，但目標都非常一致——設計一個新的管控處理器，替換掉CPU的管控職能。
網絡處理器廠商博通也有相關動作，其知名產品是NPU（Network Processing Unit，網絡處理器）。博通在今年6月收購云計算與虛擬化廠商VMware，其意圖是以網絡芯片定制能力切入，改造數據中心。
一位半導體專業技術人士對《財經十一人》表示，英特爾原本就是CPU巨頭，推出IPU是滿足數據密集型場景的高帶寬需求。英偉達則希望用DPU連接GPU，進軍數據中心市場，彌補短板。
一位云計算專業技術人士告訴我們，亞馬遜AWS的Nitro、阿里云的CIPU、英特爾的IPU、英偉達的DPU各家定義和側重不同，定制芯片的產品職能也有部分重合。但核心在于各家不會對外透露的產品設計，“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，才能是個好產品。”
阿里云表示，CIPU不會對外出售，因為這款產品是專門為飛天操作系統量身定制，做到了軟硬一體的最佳融合。亞馬遜的Nitro也僅用在自家數據中心。而作為硬件提供方的英特爾和英偉達，正在積極向其他云廠商推廣自己的IPU和DPU產品。
“現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產業鏈。”這位專業人士說。
自研數據中心專用管控芯片看起來可行。接下來的問題是，成本和戰略。
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、英特爾采購專用的數據中心管控芯片，還要承擔運營成本。此外，英偉達、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、優化功耗、減少云資源浪費。
海外媒體在2022年有測算，Nitro的硬件處理器成本只需數十美元，但單片CPU芯片成本是數百或數千美元。亞馬遜AWS也曾公布，即使算上研發成本，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據密集型計算需求，需要價格不變的前提下，得到更高的性能。
以往Nitro定制芯片的實踐結果是，云上的計算、存儲、網絡資源變得更快也更安全，還不必承擔云廠商過去資源浪費帶來的轉嫁成本。阿里云基礎產品架構師黃瑞瑞則對《財經十一人》表示，自研CIPU處理器不影響資源定價，對操作界面、應用開發也沒有影響。
更關鍵的問題是戰略。阿里云2020年后一直沿著“做深基礎、做厚中臺、做強生態、做好服務”的戰略前行。“做深基礎”的內涵是，做深云底座。以飛天操作系統向下延伸，定制芯片、數據庫、路由器、交換機等硬件，基于阿里云的特點構建云基礎設施。
在計算芯片領域，阿里云的策略是，基于“一云多芯”戰略對X86、ARM、RISC-V等多種架構進行適配，兼容飛騰、鯤鵬、AMD、Ampere等多種CPU，形成標準形態的算力輸出。即是圍繞飛天操作系統做定制，既滿足自身個性化需求，也強化自主可控能力。長期以來，阿里云一直在自研和戰略緊密相關的芯片。如2020年發布的神龍DPU，2021年發布的服務器芯片倚天710。
此次發布的數據中心專用處理器CIPU是對阿里云核心技術布局的補足。強調“Back to Basic”，則是對“做深基礎”的延續，也是對AWS等海外云廠商、芯片廠商改造云計算底層技術架構的回應。
過去十多年，云計算技術經歷了兩個發展階段。
第一階段是分布式和虛擬化技術替代了大型機、小型機，滿足了當時企業業務擴展帶來的算力彈性需求。
第二階段出現了資源池化技術，通過把計算和存儲進行分離，而后規模化編排和調度，形成了超大規模的計算和存儲資源池。
技術的迭代自然促進了產業的更迭。過去三年，國內云計算產業走到了十字路口。一方面，云廠商競爭愈加關注市場、訂單、價格。市場價格、商務關系上硬碰硬交戰正在加劇低水平競爭。頭部云廠商的收入增速普遍回調至20%-30%左右。
與此同時，在海外，云計算技術正在進入下一代架構關鍵技術突破期。國內云廠商的管理層開始調整業務，思考新增長路徑，及重新自我定位。這個階段更關注提高毛利率，強化核心競爭力，尋求健康可持續且有質量的增長。
阿里云是國內最大的云計算廠商。它的選擇是，繼續建設新的架構，從最底層的數據中心核心部件到最上層云原生軟件，形成完整的自研技術體系。提升技術底層能力的價值一方面在于提升基礎設施能力，強化產品競爭力。另一邊，還要于優化成本結構。在未來還可以持續研發高附加值且代表產業發展方向的產品。
多位云廠商高管此前的觀點是，云計算的本質是技術創新，中國企業需要理解全球市場的技術變革，而非在本土市場陷入內卷競爭。國內市場存在部分偽需求，容易在技術上把云廠商帶入誤區。云廠商在這種環境下，需要具備規則制定能力，還要保持克制的戰略定力。
其中一位云廠商高管進一步解釋，阿里云需要用技術能力牽引客戶需求，確保自身在數字化市場的前瞻理解。事實上，亞馬遜AWS和微軟云的技術能力為其制定市場規則，獲得客戶關系中的主動權起到了重要作用。
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，經調整EBITA利潤為11億元。阿里集團2022財年研發支出555億元。該研發支出規模在2022年位居國內民營科技企業第二，僅次于華為，高于騰訊。
阿里云的新一輪“芯”戰開始了，這一輪戰役的核心意圖是：試圖在新的進展環境下強化技術投入，保持定力，確保戰略主動權。
作者為《財經》記者
本文來自微信公眾號“財經十一人”（ID：caijingEleven），36氪經授權發布。
