什么是阿里云CIPU？

云基礎(chǔ)設(shè)施處理器CIPU（Cloud infrastructure Processing Units ），是阿里云為新型云數(shù)據(jù)中心設(shè)計的專用處理器，用于加速和管控計算資源，將替代CPU成為云時代IDC的處理核心。在這個全新體系架構(gòu)下，CIPU向下對數(shù)據(jù)中心的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源快速云化并進行硬件加速，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。

1、CIPU的三大特性：

• 網(wǎng)絡(luò)：對高帶寬物理網(wǎng)絡(luò)進行硬件加速，通過建設(shè)大規(guī)模的eRDMA分布式高性能網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)RDMA技術(shù)的普惠化；

• 存儲：對存算分離架構(gòu)的塊存儲接入進行硬件加速，提供超高性能的云盤；

• 計算：快速接入不同類型資源的神龍計算平臺，帶來算力的“0”損耗，以及硬件級安全的加固隔離。

2、為什么要有CIPU？
過去十多年，云計算技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段：

• 第一階段是分布式技術(shù)，推動互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)從大機向分布式系統(tǒng)整個遷移；

• 第二階段誕生了資源池化技術(shù)，通過計算存儲分離的架構(gòu)，對資源統(tǒng)一的調(diào)度編排，提高云計算的可靠性和可用性。

這兩個階段都是以CPU為中心的計算體系架構(gòu)，解決了部分計算的需求。但云上客戶的需求發(fā)生了巨大的變化，就像內(nèi)燃機發(fā)明之后，人類對載具速度的想象力從馬車時代進入了汽車時代。

隨著數(shù)據(jù)密集型計算越來越多，傳統(tǒng)以CPU為中心的計算體系架構(gòu)無法適應(yīng)這一趨勢：

第一，以CPU為中心的架構(gòu)導(dǎo)致了計算和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r延大；

第二，大數(shù)據(jù)應(yīng)用增多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心內(nèi)部數(shù)據(jù)遷移量增多，以CPU為中心的架構(gòu)無法提供高帶寬；

第三，管理的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模越來越大，阿里云在全球27個國家和地區(qū)、84個可用區(qū)管理著超過上百萬臺服務(wù)器，基于CPU為中心的架構(gòu)無法解決超大規(guī)模的復(fù)雜管理問題。

為了解決以上問題，需要對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的云計算體系架構(gòu)進行改革創(chuàng)新，從以CPU為中心的體系架構(gòu)進入以飛天操作系統(tǒng)+CIPU為中心的體系架構(gòu)。

3、CIPU帶來哪些改變？
基于CIPU和飛天操作系統(tǒng)的新一代云計算架構(gòu)體系，無論是在分布式應(yīng)用還是人工智能的場景測試中，都展現(xiàn)了優(yōu)越的性能。

存儲方面，通過全硬件虛擬化和轉(zhuǎn)發(fā)加速，存儲時延最低可至30us（PLX），IOPS高達300萬，存儲帶寬可達200 Gbps，全面超越市面上所有云產(chǎn)品，云端能提供比本地更安全可靠且高性能的存儲能力。

網(wǎng)絡(luò)方面，基礎(chǔ)帶寬從100G升級至200G，VPC的PPS轉(zhuǎn)發(fā)性能從2000萬提升至4000萬，網(wǎng)絡(luò)時延從22us降低至16us，RDMA協(xié)議下更可低至5.5us。應(yīng)用上云之后，比自建物理機的集群吞吐量提升了30%，業(yè)務(wù)高峰期延遲下降了90%。

計算方面，單容器虛擬化消耗減少50%，虛擬化容器啟動速度快350%。主流通用計算場景下，Nginx性能提升了89%，Redis性能提升了68%、MySQL提升了60%。大數(shù)據(jù)和AI 場景下，AI深度學(xué)習場景訓(xùn)練性能提升30%，Spark計算性能提升30%。同時，神龍計算平臺可以提前預(yù)測80%的硬件故障，并進行無感熱遷移規(guī)避，從而實現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的高可用SLA。

4、一圖看懂阿里云CIPU

附：阿里云的自研技術(shù)體系介紹
過去13年，阿里云自主研發(fā)了飛天云操作系統(tǒng)，并構(gòu)建出自研芯片、服務(wù)器、計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等軟硬一體的新型計算體系架構(gòu)。

飛天是中國唯一自研云操作系統(tǒng)，將遍布全球的上百萬臺服務(wù)器連接成一臺超級計算機，單集群可達10萬臺規(guī)模，千億級文件數(shù)，EB級別存儲空間。2018年，飛天獲得中國電子學(xué)會15年來第一個科技進步特等獎。

在2021年11月發(fā)布的Gartner IaaS + PaaS 綜合解決方案記分卡中，阿里云被認為是所有被評估的全球供應(yīng)商中得分第三高的解決方案，在計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等核心能力中，阿里云也均獲得最高分。

• 一云多芯，發(fā)布第一顆CPU芯片倚天710

傳統(tǒng)IT時代圍繞芯片建立IT生態(tài)，但云計算從根本上改變了這一模式，云操作系統(tǒng)可以將服務(wù)器芯片、專用芯片等硬件封裝成標準算力，無論底層芯片是X86、ARM、RISC-V還是硬件加速，給客戶提供的都是標準的、高質(zhì)量的云計算服務(wù)。

2021年9月，阿里云在云棲大會上發(fā)布了首款通用芯片倚天710。作為一款為云而生的芯片，倚天710針對云計算特點做了大量優(yōu)化，性能超過業(yè)界標桿20%，能效比提升50%以上。

架構(gòu)層面，倚天710采用最新ARMv9架構(gòu)，多達128核，主頻最高3.2GHz，可同時兼顧性能和功耗。同時，集成了業(yè)界最領(lǐng)先的DDR5、PCIE5.0等技術(shù)，能有效提升芯片的傳輸速率，并且可適配云的不同應(yīng)用場景。

目前，倚天710已在阿里云數(shù)據(jù)中心內(nèi)部規(guī)?；渴穑㈨樌?021年雙11等多個核心業(yè)務(wù)。今年4月，基于倚天710的公共云 ECS實例已上線邀測。

• 自研服務(wù)器&操作系統(tǒng)

阿里云在去年9月發(fā)布了自研的磐久服務(wù)器和龍蜥服務(wù)器操作系統(tǒng)。磐久服務(wù)器采用了最新型的模塊化設(shè)計，可實現(xiàn)計算存儲分離，包括了高性能計算系列、大容量存儲系列、高性能存儲系列等，擁有風冷、液冷等不同散熱模式，服務(wù)器交付效率提升50%。

針對云原生時代容器化、微服務(wù)、持續(xù)交付等特點，磐久系列采用軟硬件融合方式實現(xiàn)極致性能，結(jié)合自研的MOC、FIC、AliFPGA、神盾卡等，滿足云原生的創(chuàng)新開發(fā)對性能和穩(wěn)定性的機制要求。在多核技術(shù)加持下，磐久系列的計算性能、IO吞吐、能效比的表現(xiàn)都居于業(yè)界領(lǐng)先水平。

龍蜥定位于服務(wù)器端操作系統(tǒng)，支持 X86、ARM、龍芯(LoongArch)等多種芯片架構(gòu)和計算場景，性能和穩(wěn)定性經(jīng)受住了歷年雙11的嚴苛考驗，為云上典型場景帶來40%的綜合性能提升，故障率降低50%，兼容CentOS生態(tài)，支持一鍵遷移，并提供全棧國密能力。

• 計算層：神龍

為了解決服務(wù)器長久以來的虛擬化性能損耗的問題，阿里云自主研發(fā)了神龍架構(gòu)。神龍與CIPU結(jié)合，可將虛擬化轉(zhuǎn)移到專用硬件中進行加速，可將物理機的高性能與虛擬機的靈活性融為一體，虛擬化損耗幾乎為零，性能比傳統(tǒng)物理機更強勁，還可隨時擴容，極大降低了客戶的成本。神龍不僅解決了云上虛擬化性能損耗的痛點，更讓云服務(wù)器的性能表現(xiàn)超越了傳統(tǒng)物理機。

基于神龍彈性計算集群，無論是在分布式應(yīng)用還是人工智能的場景測試中，都展現(xiàn)了優(yōu)越的性能，例如Redis性能提升了68%、MySQL提升了60%。在應(yīng)用上云之后，比自建物理機的集群吞吐量提升了30%，業(yè)務(wù)高峰期延遲下降了90%。高穩(wěn)定性是算力作為基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施的一個關(guān)鍵，在GPU服務(wù)器、CPU服務(wù)器和其他的異構(gòu)服務(wù)器這些關(guān)鍵計算服務(wù)中，阿里云服務(wù)器的各項性能始終處于業(yè)界領(lǐng)先的水平。除此之外，神龍計算平臺可以提前預(yù)測80%的硬件故障，并進行無感熱遷移規(guī)避，從而實現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的高可用SLA。

• 存儲層：盤古

盤古是阿里云自研的分布式存儲系統(tǒng)，是阿里云底層的統(tǒng)一存儲架構(gòu)，采用了分布式系統(tǒng)先進的容錯架構(gòu)和柔性平臺設(shè)計，具備彈性伸縮、自動負載均衡等能力，大幅提高了存儲系統(tǒng)的可靠性和安全性，可支持塊存儲、對象存儲、表格存儲、文件存儲、離線大數(shù)據(jù)處理等多種存儲模式。

在云存儲技術(shù)演進的過程中，盤古引領(lǐng)行業(yè)從毫秒級存儲向微秒存儲的時代演進，推動面向數(shù)據(jù)中心ZNSSSD國際標準的發(fā)展，與WD共同提出NVMeZNS國際技術(shù)標準（NVMe2.0），是目前云計算業(yè)內(nèi)最為先進的軟硬一體深度融合的分布式存儲系統(tǒng)。目前已經(jīng)圍繞盤古系統(tǒng)獲得發(fā)明專利超過190件。

今天，基于盤古系統(tǒng)，阿里云已建起全球最豐富的云存儲產(chǎn)品家族，從公共云存儲到混合云存儲，從數(shù)據(jù)遷移到云上豐富的數(shù)據(jù)管理服務(wù)，為客戶提供99.9999999999%的數(shù)據(jù)可靠性。全球部署規(guī)模已超100EB，憑借多層次防護、跨區(qū)域容災(zāi)等能力連續(xù)三年入選Gartner全球云存儲魔力象限，被列為全球領(lǐng)導(dǎo)者地位。9月26日，盤古還入選了2021烏鎮(zhèn)世界互聯(lián)網(wǎng)大會·世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果。

• 網(wǎng)絡(luò)層：洛神

洛神云網(wǎng)絡(luò)是阿里云飛天云操作系統(tǒng)的核心技術(shù)平臺，支撐起百萬級的用戶業(yè)務(wù)部署，讓更多能夠人體驗到云計算帶來的高效便捷服務(wù)；秉承“讓網(wǎng)絡(luò)更簡單”的理念，提供了從萬物上云網(wǎng)絡(luò)、全球化網(wǎng)絡(luò)到數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)、應(yīng)用交付網(wǎng)絡(luò)覆蓋用戶云上網(wǎng)絡(luò)全場景的產(chǎn)品和服務(wù)。

洛神云網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷12年的快速發(fā)展，從1.0時代發(fā)布國內(nèi)首個VPC，再到2.0時代打造了全球領(lǐng)先的“三位一體“（軟硬一體，超強性能；伸縮一體，無限彈性；云網(wǎng)一體，極致服務(wù)）創(chuàng)新型云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2021云棲大會上，阿里云重磅推出洛神云網(wǎng)絡(luò)3.0新平臺架構(gòu)，主要特點包括：讓中心云到本地云和邊緣云都有一致性的云網(wǎng)絡(luò)體驗；通過全新的物聯(lián)網(wǎng)云連接器和智能接入網(wǎng)關(guān)讓萬物都能上阿里云；全新升級的各類網(wǎng)元產(chǎn)品提升應(yīng)用在云上的安全性和靈活性；全新發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)智能服務(wù)，為用戶提供從規(guī)劃到使用的智能助手；同時洛神云網(wǎng)絡(luò)3.0也通過開放合作來賦能產(chǎn)業(yè)。

• 自研數(shù)據(jù)庫

阿里自研的數(shù)據(jù)庫起源于“去IOE”浪潮。2013年7月10日，淘寶核心系統(tǒng)中的最后一臺Oracle數(shù)據(jù)庫下線。這是“去IOE”非常重要的一個節(jié)點。經(jīng)過三年的研發(fā)，阿里云于2017年9月發(fā)布了自主研發(fā)的云原生數(shù)據(jù)庫PolarDB，并于2018年4月正式商用。

阿里云提供了國內(nèi)最豐富的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，除了智能化的企業(yè)級云數(shù)據(jù)服務(wù)RDS之外，阿里云自研了面向不同核心應(yīng)用場景的云數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，形成了以PolarDB、AnalyticDB、Lindorm為核心的面向在線交易處理、分析與多模、HTAP、物聯(lián)網(wǎng)等不同場景的云數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品矩陣，滿足客戶不同業(yè)務(wù)場景的需求。

作為阿里云自研數(shù)據(jù)庫的明星產(chǎn)品，2021年，自研數(shù)據(jù)庫PolarDB首次實現(xiàn)了內(nèi)存與計算、存儲的解耦，內(nèi)存進一步池化，形成三層池化，使得彈性能力有數(shù)量級的提升。同時PolarDB還首次實現(xiàn)了多主架構(gòu)，進一步提升可用性、并發(fā)處理、彈性能力，高效應(yīng)對“雙11”般的流量洪峰。

• 綠色數(shù)據(jù)中心

阿里云是國內(nèi)最早實踐綠色數(shù)據(jù)中心的廠商之一，目前阿里云自建的數(shù)據(jù)中心都已達到國家綠色數(shù)據(jù)中心標準，全年平均PUE小于1.3。

從阿里巴巴自身減碳實踐看，近年來已經(jīng)有一系列成果。2020年9月，阿里仁和數(shù)據(jù)中心落地杭州，成為國內(nèi)首座綠色5A級液冷數(shù)據(jù)中心，同時也成為了全球規(guī)模最大的全浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心。相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，其PUE最低可以達到1.09，每年可省電7000萬度，足夠西湖周邊所有路燈連續(xù)點亮8年；而阿里巴巴張北數(shù)據(jù)中心則成為行業(yè)首個碳普惠試點項目，獲評“2020年國家綠色數(shù)據(jù)中心”。
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