本文來自腦極體，作者/藏狐。
“當其下筆風雷快，筆所未到氣已吞”，看到阿里云CIPU發布的消息，我腦海里第一時間冒出了蘇軾的這句詩。
開啟工業革命序幕，讓蒸汽機、鐵路和煤炭成為主要能源的是英國發明家瓦特；讓燈泡和電力走入所有人生活的，是美國發明家愛迪生；現代計算機和互聯網成為信息時代的基礎設施，變革誕生在美國西海岸。今天，所有人都將算力看作第四次工業革命的基本能源，將與千行百業、社會經濟產生深刻而綿長的化學反應，那么這一次，算力基礎設施可以由中國來定義嗎？
顯然，阿里云想嘗試一下，并且已經邁出了關鍵的一步——正式發布為新型云數據中心設計的專用處理器CIPU，展現出取CPU而代之的氣勢。
CPU制霸計算產業半個世紀之久，CIPU要另起爐灶何其難也。作為讀者或許會疑問三連：憑什么？為什么？怎么做？我們不想直接給答案，從大家感興趣的問題出來進行邏輯推演，讀者自然會思考并得出自己的答案。
提筆：憑什么是中國？
有一句流行歌詞：沒有人能在我的BGM里打敗我。聽起來十分自信，不過，這份自信很長一段時間是屬于美國的。1971年，英特爾生產的4004微處理器標志著CPU的誕生，隨后與微軟的Windows系統一起組成了著名的“Wintel”聯盟，成為計算產業的現實標準，被廣泛應用于PC、高性能服務器以及云服務器中。而眾所周知，獲取算力的方式，無外乎本地硬件（數據中心）、云計算兩種。也就是說，以CPU為中心的計算架構主宰了信息時代，支撐了云計算的崛起。
在這種局面下，中國廠商打算寫一段全新的旋律，讓別人主動走進自己的BGM里，憑什么？
首先，CPU這張舊船票，可能登不上算力時代的船。英特爾CEO早在幾年前就表示過“摩爾定律已死”，CPU性能提升的速度早已放緩，而隨著數字化的推進，數據規模、結構和來源越來越廣，單一CPU為中心的計算架構，無法滿足激增的算力需求，計算架構的創新是現實所需。
其次，圍繞CPU形成的服務器、操作系統、中間件、數據庫和基礎軟件等應用及相關服務，很長一段時間內都掌握在歐美主流云廠商手中，中國數字經濟要長期可持續發展，對于算力基礎設施自然希望有更多選擇，這給中國廠商創造了新的機會。
當然，頭部云廠商從業務、戰略等維度也早就意識到了以CPU為中心的隱患，紛紛開始探索新的算力硬件解決方案。近年來多樣性計算架構不斷涌現，比如谷歌發布了TPU，AWS發布Arm架構的云服務器，英偉達嘗試收購ARM以擴展數據中心業務。圖靈獎得主大衛·帕特森與約翰·漢尼斯認為，接下來將是計算架構更新的黃金十年。如果不想在第四次工業革命中依然重復別人的故事，那么，中國就必須在計算架構上落下屬于自己的一筆。
落筆：為什么是云計算？
如前所說，CPU在本地和云都有應用，為什么架構創新會率先從云開始呢？答案其實也很簡單，更新的圖紙有更大自由發揮的空間。
第四次工業革命從云開始，對于中國千行百業的數字化來說，直接調用彈性、高并發、異構的云端算力是更理想的選擇；中國云廠商在技術能力、市場規模、生態方面與全球巨頭在相同起跑線，像阿里云已經成長為與AWS、微軟Azure等同象限的頭部云廠商；更重要的是，方興未艾的數字經濟催生了新的算力需求和技術挑戰，以CPU為中心的云計算架構越來越力不從心，中國云廠商有著更大的創新空間。
簡單來說，云計算架構的創新方向主要有幾個：
1.性能升級。云計算一定是性能先行，才能成為千行百業數字化的算力底座，尤其是第四次工業革命中智能技術的大量應用，深度學習對于算力資源的消耗是極大的，要求云處理器提供更強的算力，實現每比特性能最優。不僅需要硬件升級，創新傳統計算架構，提升單位算力的效率；還需要軟件升級，解決軟件定義虛擬化中出現的資源損耗。
2.業務效益。各行各業使用云服務，不單單是降低服務器成本還希望通過云為管道引入新技術，對大量業務數據進行分析處理，釋放數據價值，也就是說單位算力所能貢獻的GDP要提高。數據密集型的計算越來越多，算力分布在邊、端、云、網等多個維度，數據的遷移量和吞吐率也增多，解決超大規模分布式集群之間網絡傳輸、管理的問題，才能滿足客戶對低時延、高帶寬的需求。
3.綠色低碳。上云用數賦智成為趨勢，計算無處不在，算力基礎設施的能耗問題也引發社會關注，計算產業的可持續發展，需要低功耗、高性能的并發處理能力，減少虛擬化中的損耗，以達到單位比特的能效比最優，滿足各行各業綠色低碳、節能減排的發展需求。
方興未艾的云計算，相當于一張更新的圖紙，等待著人來書寫底層計算架構范式轉換的新篇章，而阿里云用CIPU率先落下了遒勁的一筆。
入木：CIPU怎么解開算力桎梏？
計算架構更新，是必然的未來，對于中國云廠商來說，怎樣在自己擅長的技術賽道上建立起差異化優勢，就成了當務之急。縱覽全球領先的計算廠商，谷歌專門發布了應對AI任務的TPU，亞馬遜在云服務器、云端AI推理芯片上也有所突破，以GPU為主營業務的英偉達也嘗試進入數據中心業務推出DPU，老牌廠商英特爾也推出IPU，國內也有云廠商推出了自己的計算硬件。
需要注意的是，云端算力實際上受非常多的條件影響，除了芯片的比拼，還有網絡、算法優化、集群性能、部署環境、數據處理能力、框架等一系列要素，整體決定了云計算的優越性。阿里云為新型云數據中心設計的專用處理器CIPU，正是考慮到云時代的算力所需，從三個層面進行管控并加速，來解開算力桎梏。
·網絡加速。云和硬件的結合，必須依靠網絡，管理阿里云全球上百萬臺服務器并非易事。試想一下，將不同地區數據中心的算力進行調配傳輸，如果網絡不給力，必然會導致數據傳輸慢、計算慢，大量實時性要求高的任務如自動駕駛、遠程醫療、在線教育等，體驗就會受到影響。傳統以CPU為中心的架構可沒辦法把手伸到網絡層，而CIPU因為接入飛天云操作系統，可以直接通過飛天上的洛神云網絡管控物理網絡，進行硬件加速，構建大規模的分布式RDMA高性能網絡，基礎帶寬從100G升級至200G，網絡時延從22us降低至16us，因此AI任務、科學計算等上云之后，比自建物理機的集群吞吐量提升了30%，延遲自然也就大大下降了。
·存儲加速。大量云上客戶希望充分釋放數據價值，高吞吐、高并發的數據存算，如果存儲系統跟不上，相當于一臺跑車的油箱只有摩托車那么大，發動機再強勁也跑不快。傳統CPU以計算為中心的設計，數據搬運中往往會產生“存儲墻”和“功耗墻”，一定程度上影響了并行計算效率。同樣的，CIPU與飛天操作系統相結合，能夠接入存算分離架構的塊存儲，并進行硬件加速，讓云端存儲可以做到比本地存儲還快，并擁有極大規模的資源池。通過全硬件虛擬化和轉發加速，時延最低可至30us（PLX），IOPS高達300萬，存儲時延存儲帶寬可達200 Gbps，全面超越市面上的云產品。
·計算加速。算得快意味著什么？1750億參數的AI大模型GPT-3訓練成本約為1200萬美元，如果算得夠快、損耗夠小，訓練成本就能大大下降。而眾所周知，云服務將物理機虛擬池化，過程中或多或少都會產生一定的損耗，CIPU的出現就解決了算力虛擬化的損耗問題。通過與神龍計算平臺相結合，將虛擬化轉移到專用硬件中進行加速，損耗幾乎為零，讓云服務器的性能表現超越了傳統物理機，還提供硬件級安全的加固隔離，兼具云端彈性擴容的優點。對于云上客戶來說，無疑是更低成本、靈活性的選擇。
在多種計算架構方案中，“飛天操作系統+CIPU”為中心的新一代計算體系架構，從最底層的核心硬件到最上層的云原生軟件進行革新，替代CPU成為云計算的管控和加速中心，無疑是云端算力生產和服務單位價值更高、技術變革更大、基礎底座更強韌的一次探索。
風雷：CIPU畫出的跑道通向何方？
中國工程院院士、清華大學高性能計算研究所所長鄭緯民曾說，過去這些年，我國在云計算領域主要在軟件層面有創新，發展了一些開源生態，但還是在傳統IT的格局下追趕。
顯然，CIPU的出現，下筆如有風雷，撕開由西方主導的計算產業天空，露出未來的一抹天光。乍一看石破天驚，實則是一場醞釀已久的春雨。
前面提到的飛天操作系統、洛神網絡、盤古存儲，都是阿里云多年不斷突破的云計算底層技術，經過深入垂直整合，才最終演進出以CIPU為中心的全新架構形態，解決傳統計算架構無法解決的問題。以虛擬化零損耗為例，阿里云相關研發團隊早在2015年就開始技術攻關，2017年神龍云服務器的推出，就已經攻克了這一技術難題。目前，阿里云已經建立了芯片、服務器、操作系統、數據庫等自研技術底座，在Gartner發布的年度報告里躋身IaaS整體基礎設施能力的全球最高分。同時，阿里云也是國內最早實踐綠色數據中心的廠商之一。
那么，這場終于降落在華夏大地上的春雨，會帶來怎樣的變化呢？
首先感受到雨露潤澤的必然是各行各業的數字化，CIPU+飛天體系下，云端算力的單位成本更低、性能更優、能耗更低，產業客戶會直接受益，用上更加普惠、高效、綠色的算力。
其次，大地滋潤后會生長出更多創新，讓中國在數字經濟占據領先身位。算力正在許多行業中釋放潛力，比如云電腦無影，就將高算力工作從本地轉移到云端，無需高性能終端，依然可以在云端流暢地打造8K畫質體驗，對于創作者來說是極大的生產力解放。
更進一步，各行各業的創新和計算軟硬件迭代，共同組成蓬勃的新計算生態。就如阿里云智能總裁張建鋒在2022年阿里云峰會上所說的那樣，“現在是重新定義云的窗口期，如果我們定義好了，中國就可以在下一個技術時代有自己的一席之地”。
回到底層，回到源頭，去做最基礎的計算架構創新，阿里云用行動“Back to Basic”，踐行“B2B”策略。這也是為什么云計算的范式轉化應該發生在中國，發生在此刻。
英國科普作家馬特·里德利在《創新的起源：一部科學技術進步史》一書中列舉大量事實表明，正如6個世紀以前，歐洲從日益僵化的中國手中奪過創新接力棒一樣，中國或許即將再次奪回接力棒。
在CIPU如驚雷般地書寫中，中國云計算的新樂章已經寫下了開頭。何其有幸，我們正見證未來。
