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算力需求暴增，底層創(chuàng)新為云計算“續(xù)航”
十多年前，當業(yè)界還在探討“云計算將給IT產業(yè)格局帶來什么變化”時，也許并沒有想到云計算會從當初的抽象構想成為全球產業(yè)變革的必由之路，并成長為重要的經濟引擎。
時至今日，云計算推動的產業(yè)、商業(yè)和社會變革，已經匯聚成承前啟后的關鍵力量，成長為數字經濟的核心生產力，而面向ChatGPT等AI應用掀起的新革命，云計算的創(chuàng)新活力還將持續(xù)釋放，芯片作為重要的算力支撐也將發(fā)揮更大的價值。
本期《芯事》人物：張獻濤 —— 阿里云智能基礎產品部副總裁、阿里云彈性計算產品線總經理
三步見證中國云計算發(fā)展
張獻濤在回顧起云計算發(fā)展的早期階段時調侃，“大約在2014年左右，當時還處于傳統(tǒng)算力向云計算的轉移過程中，用戶多是中小站長為代表的個人開發(fā)者，負載可能就是一些中小企業(yè)的網站，不會有太多客戶關注高可用性、高性能等指標。”
時間來到2015年，新一輪移動互聯(lián)網爆發(fā)了，以互聯(lián)網公司為代表的技術型企業(yè)，逐步推動傳統(tǒng)IT系統(tǒng)向基于云的IT系統(tǒng)轉移?！霸朴嬎愕牡诙l(fā)展階段拉開了大幕，對IaaS、SaaS高穩(wěn)定性、高性能的需求爆發(fā)了?！睆埆I濤說道，“也就是在這個時間節(jié)點，阿里云開始了戰(zhàn)略轉型，從傳統(tǒng)的服務中小站長用戶，面向移動互聯(lián)網場景的大信息流、高實時性、高性能、高并發(fā)的場景做出調整。正因如此，我們也承接了移動互聯(lián)網發(fā)展的一波紅利，迎來了中國云計算市場的爆發(fā)式增長?！?/p>
2020年以后，云計算進入了第三發(fā)展階段。張獻濤表示，“云計算開始縱深發(fā)展，上云的趨勢從消費互聯(lián)網向產業(yè)互聯(lián)網轉移，以產業(yè)客戶為代表的傳統(tǒng)企業(yè)上云的訴求越來越明顯?！?/p>
這對云計算其實提出了較大的挑戰(zhàn)，因為需要保障客戶業(yè)務在連續(xù)、不間斷的情況下，能夠遷移到云的架構。也正是在這個關鍵節(jié)點，阿里云開始了包括計算架構、處理器、存儲等核心技術的創(chuàng)新變革。
軟硬協(xié)同設計應“云”而生
在傳統(tǒng)IT時代，軟件和硬件之間的依存程度并不高，可以分離演進，并行發(fā)展。但是進入云計算時代，軟硬件分離迭代的模式逐步顯現出局限性。應用變得越來越復雜，算法、軟件和硬件的隔閡，已經無法滿足在超大規(guī)模計算場景下提升IT計算效率、降低計算成本的訴求。如何最大化發(fā)揮“云”的價值，實現應用快速上線且高效運行成為發(fā)展的關鍵。
“其實這也提供了一個機會，如果你對硬件、系統(tǒng)軟件、中間件等都掌握的話，你就可以很好地進行軟硬件協(xié)同設計，這是云計算時代一種新的技術紅利。”張獻濤表示，“我們當時就在深入思考，既然硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)都是自研，下一步我們如何從軟件定義硬件、定義芯片的視角，來做軟硬件協(xié)同的設計？”
當時，傳統(tǒng)的虛擬化技術應用到云計算過程中，其實存在非常多問題，比如算力損耗等，而這通常意味著計算成本可能會隨之增加。張獻濤談到，“所以在當時的時間點上，我們首先需要通過軟硬件協(xié)同設計，解決傳統(tǒng)虛擬化技術帶來的這些問題。不過這一挑戰(zhàn)非常大，因為現有芯片無法滿足這些需求，我們幾乎評估了業(yè)界的所有芯片后，決定重新設計芯片、設計硬件、設計服務器的計算架構，并且對整個系統(tǒng)軟件棧進行重構，這是一個浩大的工程?！?/p>
后來的事實證明，阿里云當時的這一決定極具前瞻性，使它既享受了軟硬件協(xié)同設計所實現的技術紅利，同時也給云計算客戶帶來更多收益，比如更低的成本、更優(yōu)質的算力服務等。根據IDC數據，阿里云數年來穩(wěn)居公有云市場排名第一的位置，并領跑金融云、視頻云等領域。
從“芯”出發(fā)，為云而生
近年來，跨界造芯成為科技界的一大趨勢，不論是云計算大廠、AI算法公司或是車企，對于芯片的關注度越來越高。在這些跨入芯片圈的企業(yè)中，阿里巴巴旗下的平頭哥可以說是國內起步最早的企業(yè)之一，一個核心的研發(fā)方向就是數據中心芯片。
成立于2018年的平頭哥，正處于云計算的拐點之上。
還記得2017年左右，阿里云的廣告語“上云就上阿里云”，雄踞國內各大機場。短短一句話，傳遞了云計算當時正在進行的變革和創(chuàng)新——它不再是互聯(lián)網企業(yè)的特有應用，而是逐漸蔓延到傳統(tǒng)領域，向千行百業(yè)的企業(yè)發(fā)出“上云”邀請。一個趨勢已經顯現——云計算將擴展到大數據、AI、物聯(lián)網等領域，共同成為傳統(tǒng)企業(yè)進行數字化轉型、我國發(fā)展數字經濟必不可少的基礎支撐。
而這一切，都在倒逼底層技術加速升級。對于當時的云計算巨頭來說，頭等大事就是如何滿足企業(yè)多種多樣的差異化需求？如何提供更具性價比的云服務？一方面是看得見的巨大藍海，一方面是對性能效率最大化的迫切需求——在這些推動因素下，自研芯片就成了一種自然而然的選擇。
倚天710是阿里巴巴第一顆為云而生的CPU芯片，由平頭哥半導體自研，設計核心在于適配阿里云大規(guī)模、多線程、高并發(fā)的業(yè)務特點。倚天710采用Armv9架構，擁有128個核心、主頻2.75GHz。通過將芯片設計與云場景的獨特需求相結合，倚天710最終實現了性能和能效比的雙重突破：性能超過當時的業(yè)界標桿20%，能效比提升50%以上。倚天710發(fā)布后，2021年天貓“雙11”核心交易系統(tǒng)平滑遷移至倚天實例，算力性價比提30%。
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隨著部署規(guī)模的不斷擴大，自研芯片的種種優(yōu)勢被不斷放大，不僅有助于打造穩(wěn)定、響應快、能快速擴展的計算基礎設施，更便于云廠商在每個業(yè)務流程中做到效率與成本的最優(yōu)化，同時，還可以做到硬件和軟件并行開發(fā)，這意味著能夠跨越傳統(tǒng)設計界限、創(chuàng)新速度更快。
“我們發(fā)現一些客戶對倚天芯片的擁抱程度其實是比較高的，尤其是互聯(lián)網客戶，因為不需要他們進行太多的業(yè)務架構或代碼層面的改動，就能獲得更強的性能優(yōu)勢。此外，阿里云倚天實例在視頻編解碼業(yè)務場景中，性價比提升超過80%，在密集型計算業(yè)務場景中，性價比提升50%以上?！睆埆I濤表示，“這樣的客戶越來越多，也更加堅定了我們與平頭哥半導體一起在自研芯片這條路上繼續(xù)往前走的決心?！?/p>
阿里云倚天ECS的用戶中，北京科學智能研究院在使用密度泛函數理論軟件時，性價比提升70%；匯量科技廣告推理業(yè)務使用倚天710云實例，性能和網絡帶寬雙雙提升，性價比提升40% 以上。
談及對云原生系統(tǒng)中未來芯片的構想，張獻濤表示，“我們還是希望能夠加入更多的云原生元素，與平頭哥半導體繼續(xù)緊密合作。此外，還有對新的總線比如UCIe、CXL的支持，從而能夠和CPU的計算架構進行更為深度的融合，更好地發(fā)揮軟件的協(xié)同效應。”
AI時代，軟硬件融合是更優(yōu)算力的歸途
在生成式AI掀起的巨大聲浪中，大模型對計算能力提出更高要求的同時，也給云計算帶來了新的應用場景。隨著大模型應用逐漸深入到千行百業(yè)，未來，每家企業(yè)都可以是“AI大模型企業(yè)”。大模型時代需要什么樣的云服務？如何進一步降低用戶上云門檻？
顯然，成本首先是一筆要算的賬，現階段大模型的算力成本非常高昂。對此，張獻濤表示，還是需要提升算力效率，通過軟硬件的充分融合，通過自定義的芯片去加速算力提升，比如和平頭哥進行更加深度的合作，能夠讓這個領域所需要的強大AI算力，通過軟硬件的深度協(xié)同變得更高效、成本更低。
“無論是在初代智能時代，還是這些年AI的發(fā)展，其實都需要深度的軟硬件融合技術帶來提升。而軟硬件融合的本質更多還是軟件定義硬件的一種新型模式，通過這種模式，軟件和硬件之間的協(xié)同程度更高了，能夠讓軟件的效率充分發(fā)揮出來，最終可以把整體計算效率提升起來”，張獻濤談到。
面臨AI浪潮的來襲，云計算不僅需要通過算力普惠推動企業(yè)的數字化轉型，同時，也肩負著助力AI更普及、為千行百業(yè)智能化升級提供核心動力的重任。在云計算和AI深度融合驅動的新一輪變革中，云計算和AI大模型將共同成為新時代的基礎設施，而芯片將提供必不可少的底層支撐，讓算力更普惠、讓 AI 更普及。一個由算力撬動的智能時代---大幕已經拉開。
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