什么是阿里云CIPU？

云基礎設施處理器CIPU（Cloud infrastructure Processing Units ），是阿里云為新型云數據中心設計的專用處理器，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下，CIPU向下對數據中心的計算、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(tǒng)，管控阿里云全球上百萬臺服務器。

1、CIPU的三大特性：

• 網絡：對高帶寬物理網絡進行硬件加速，通過建設大規(guī)模的eRDMA分布式高性能網絡，實現RDMA技術的普惠化；

• 存儲：對存算分離架構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，云計算技術發(fā)展經歷了兩個階段：

• 第一階段是分布式技術，推動互聯網企業(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，通過計算存儲分離的架構，對資源統(tǒng)一的調度編排，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，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。

隨著數據密集型計算越來越多，傳統(tǒng)以CPU為中心的計算體系架構無法適應這一趨勢：

第一，以CPU為中心的架構導致了計算和網絡傳輸的時延大；

第二，大數據應用增多，導致數據中心內部數據遷移量增多，以CPU為中心的架構無法提供高帶寬；

第三，管理的基礎設施規(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器，基于CPU為中心的架構無法解決超大規(guī)模的復雜管理問題。

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

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體系，無論是在分布式應用還是人工智能的場景測試中，都展現了優(yōu)越的性能。

存儲方面，通過全硬件虛擬化和轉發(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品，云端能提供比本地更安全可靠且高性能的存儲能力。

網絡方面，基礎帶寬從100G升級至200G，VPC的PPS轉發(fā)性能從2000萬提升至4000萬，網絡時延從22us降低至16us，RDMA協議下更可低至5.5us。應用上云之后，比自建物理機的集群吞吐量提升了30%，業(yè)務高峰期延遲下降了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%。大數據和AI 場景下，AI深度學習場景訓練性能提升30%，Spark計算性能提升30%。同時，神龍計算平臺可以提前預測80%的硬件故障，并進行無感熱遷移規(guī)避，從而實現了業(yè)界領先的高可用SLA。

4、一圖看懂阿里云CIPU

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

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，EB級別存儲空間。2018年，飛天獲得中國電子學會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商中得分第三高的解決方案，在計算、存儲、網絡、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、高質量的云計算服務。

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。

架構層面，倚天710采用最新ARMv9架構，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)界最領先的DDR5、PCIE5.0等技術，能有效提升芯片的傳輸速率，并且可適配云的不同應用場景。

目前，倚天710已在阿里云數據中心內部規(guī)模化部署，并順利支撐2021年雙11等多個核心業(yè)務。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器和龍蜥服務器操作系統(tǒng)。磐久服務器采用了最新型的模塊化設計，可實現計算存儲分離，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，服務器交付效率提升50%。

針對云原生時代容器化、微服務、持續(xù)交付等特點，磐久系列采用軟硬件融合方式實現極致性能，結合自研的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。在多核技術加持下，磐久系列的計算性能、IO吞吐、能效比的表現都居于業(yè)界領先水平。

龍蜥定位于服務器端操作系統(tǒng)，支持 X86、ARM、龍芯(LoongArch)等多種芯片架構和計算場景，性能和穩(wěn)定性經受住了歷年雙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。神龍與CIPU結合，可將虛擬化轉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，更讓云服務器的性能表現超越了傳統(tǒng)物理機。

基于神龍彈性計算集群，無論是在分布式應用還是人工智能的場景測試中，都展現了優(yōu)越的性能，例如Redis性能提升了68%、MySQL提升了60%。在應用上云之后，比自建物理機的集群吞吐量提升了30%，業(yè)務高峰期延遲下降了90%。高穩(wěn)定性是算力作為基礎服務設施的一個關鍵，在GPU服務器、CPU服務器和其他的異構服務器這些關鍵計算服務中，阿里云服務器的各項性能始終處于業(yè)界領先的水平。除此之外，神龍計算平臺可以提前預測80%的硬件故障，并進行無感熱遷移規(guī)避，從而實現了業(yè)界領先的高可用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，采用了分布式系統(tǒng)先進的容錯架構和柔性平臺設計，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、離線大數據處理等多種存儲模式。

在云存儲技術演進的過程中，盤古引領行業(yè)從毫秒級存儲向微秒存儲的時代演進，推動面向數據中心ZNSSSD國際標準的發(fā)展，與WD共同提出NVMeZNS國際技術標準（NVMe2.0），是目前云計算業(yè)內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品家族，從公共云存儲到混合云存儲，從數據遷移到云上豐富的數據管理服務，為客戶提供99.9999999999%的數據可靠性。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，被列為全球領導者地位。9月26日，盤古還入選了2021烏鎮(zhèn)世界互聯網大會·世界互聯網領先科技成果。

• 網絡層：洛神

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

洛神云網絡經歷12年的快速發(fā)展，從1.0時代發(fā)布國內首個VPC，再到2.0時代打造了全球領先的“三位一體“（軟硬一體，超強性能；伸縮一體，無限彈性；云網一體，極致服務）創(chuàng)新型云網絡架構。

2021云棲大會上，阿里云重磅推出洛神云網絡3.0新平臺架構，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絡體驗；通過全新的物聯網云連接器和智能接入網關讓萬物都能上阿里云；全新升級的各類網元產品提升應用在云上的安全性和靈活性；全新發(fā)布的網絡智能服務，為用戶提供從規(guī)劃到使用的智能助手；同時洛神云網絡3.0也通過開放合作來賦能產業(yè)。

• 自研數據庫

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

阿里云提供了國內最豐富的數據庫產品，除了智能化的企業(yè)級云數據服務RDS之外，阿里云自研了面向不同核心應用場景的云數據庫產品，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、物聯網等不同場景的云數據庫產品矩陣，滿足客戶不同業(yè)務場景的需求。

作為阿里云自研數據庫的明星產品，2021年，自研數據庫PolarDB首次實現了內存與計算、存儲的解耦，內存進一步池化，形成三層池化，使得彈性能力有數量級的提升。同時PolarDB還首次實現了多主架構，進一步提升可用性、并發(fā)處理、彈性能力，高效應對“雙11”般的流量洪峰。

• 綠色數據中心

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

從阿里巴巴自身減碳實踐看，近年來已經有一系列成果。2020年9月，阿里仁和數據中心落地杭州，成為國內首座綠色5A級液冷數據中心，同時也成為了全球規(guī)模最大的全浸沒式液冷數據中心。相比傳統(tǒng)數據中心，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；而阿里巴巴張北數據中心則成為行業(yè)首個碳普惠試點項目，獲評“2020年國家綠色數據中心”。
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