阿里云 CIPU，是一场「原生」的冒险
谁能重新定义计算，谁就能重新定义商业的未来。
文 | 张鹏
过去几十年来，很多商业变革的背后，如果去追溯的话，都可以在计算的变化上找到起点。从计算能力遵循摩尔定律不断攀升，最终解锁了智能手机，带来了移动互联网；到云计算的出现解决了超高并发和大算力的经济性问题；再到现在追求计算的可信与安全，而不是计算效率和计算经济性的区块链… 可以说「计算」这个核心点，就是数字经济永恒的发展基础。技术能力的变化，以及它要解决问题的目标的变化，每跳动一次就意味着一次商业变革。
当然，不论到什么时候，计算效率的提升都是重要的问题，而效率提升最终还要回到芯片和系统的底层去寻找空间。
最近，我看到阿里云做了一件事，发布了一款自主研发的云数据中心专用处理器 CIPU（Cloud infrastructure Processing Units），并表示，CIPU 是一款为「飞天」操作系统设计的专用处理器，它将取代 CPU 成为新一代云计算架构体系的处理中心。
这里让我疑惑的是：新概念在云计算产业中并不稀缺，单是包括 IPU、TPU、DPU 和各种 AI 芯片已经让人应接不暇了。而阿里云推出的 CIPU 究竟是什么？它和之前的概念有什么区别？它会给我们带来什么？
CPU 的困境，
CIPU 的缘起
我觉得阿里云推出 CIPU 其实是「蓄谋已久」：
他们之前推出的「飞天」，据说是中国唯一的自研云操作系统，这些年更是一直都在持续地投入自研云技术；去年的云栖大会，又一口气发布了磐久、倚天、神龙 4.0 和灵杰几个重磅产品，一步步地在「做深基础」「向下生长」。
图｜阿里云 CIPU 发布
这次专门面向云数据中心设计 CIPU，依旧可以看作是阿里云「向下生长」逻辑的延续。
但想更好地理解 CIPU 的出现，还是有必要先说说数据中心的这些年的变化。
数据中心有个古早词汇叫「机房」，一听就有点旧工业气息，在互联网发展的早期阶段，它确实也技术含量不高，更多的就是用来堆放计算机。但随着互联网的发展成熟，数据中心越来越成为「业务和流量复杂性的聚集地」，涌现了一系列的技术创新。
一众科技巨头比如亚马逊、微软和谷歌等也嗅到了数据中心领域的机会，纷纷重金投入，进行自研自建。阿里云这边，2020 年 4 月就宣布了未来 3 年要再投 2000 亿，用于云操作系统、服务器、芯片、网络等重大核心技术研发攻坚和面向未来的数据中心建设。
除了看到机会，巨头们花这么大力气自研数据中心，也是因为传统数据中心的软硬件从性能、成本角度还是落后，云数据中心才能解决大规模的计算问题。既然现有设施不能满足，就干脆重新面向云环境去做更加原生的设计，甚至可能还要体系化地重构。比如，CPU 芯片，其实并不是为了面向搭载云操作系统而设计。
阿里云的同学和我说，在过去十多年，云计算技术发展经历了两个阶段：第一阶段是分布式技术，推动互联网企业从大机向分布式系统整个迁移；第二阶段诞生了资源池化技术，进一步提高了云计算的可靠性和可用性。在这两个阶段中，都是基于传统的、以 CPU 为中心的计算体系架构去做优化。很显然，当阿里云自研了云操作系统飞天之后，对于 CPU 的优化只是时间和具体路径的问题。
国际数据公司 (IDC) 一项数据显示，全球数据量在过去 10 年年均复合增长率接近 50%，并进一步预测每四个月对于算力的需求就会翻一倍。这就意味着，随着摩尔定律的失效，CPU 的性能会到达天花板，数据量增长后的处理需求可能难以为继。
此外，企业在大数据、 AI 等数据密集型计算的应用场景下越来越多。阿里云基础产品首席架构师黄瑞瑞也强调：「我们发现现在云上有很多的核心应用，实际上是数据密集型的应用。在服务这么多客户以后，我们发现客户对我们的诉求是逐步从业务逻辑为中心，转向了以数据处理为中心。」
这其实都在不断地提高了对云计算提供的低时延、高带宽的要求。在阿里云看来，以 CPU 为中心的计算体系架构已经很难适应，面临着很大的挑战：以 CPU 为中心的架构数据吞吐小，计算和网络传输的时延大，也无法解决超大规模的复杂管理问题；大数据应用增多，导致数据中心内部数据迁移量增多，以 CPU 为中心的架构无法提供高带宽。
是时候需要去改变了。
阿里云的思路，其实就是从数据中心的内部体系结构里做了体系化创新，将过去以 CPU 为中心的体系架构，变成了以云操作系统+CIPU 为中心的体系架构。
图｜阿里云 CIPU 架构示意图
在这里面，飞天云操作系统是跑在 CIPU 上，从而可以获得更好的管理能力。黄瑞瑞进一步补充：「我们希望上百万台服务器整体纳管、整体编排、整体调度起来，变成一台超级计算机。这个本身也是『飞天+CIPU』想要达到的目标」。
换句话来说，「飞天+CIPU」其实是云计算数据中心体系架构的变革，而 CIPU 更像是一个大数据中心、大云计算的控制器，支撑云操作系统更高效地做云资源的管理和加速。
CIPU 当然不是唯一。围绕数据中心的计算，在芯片和软件上已经出现了一系列的创新，甚至还产生了不同技术的演进方向。
比如 NVIDIA 公司 2020 年发布的 DPU（Data Processing Unit），它定位在数据中心里继 CPU 和 GPU 之后的「第三颗主力芯片」。在功能上，DPU 作为计算卸载的引擎，直接效果是给 CPU「减负」。之后在 DPU 方向，涌现了一批的创业公司。而英特尔依据数据吞吐类应用快速增长的趋势，在 2021 年推出了 IPU（Infrastructure Processing Units），融合了与云厂商合作的经验，试图去 CPU 提高数据密集型场景的能力。
在阿里云看来，IPU 代表的虚拟化云化能力，和 DPU 代表的数据搬迁带宽能力，很难融合，只有云厂商能真正做到，并且规模落地，而 CIPU 能够突破以上两者瓶颈。
在和阿里云内部的交流中，我感受到他们的很强的自信，因为一旦掌握了产业 Know-How，就有机会去定义未来。阿里云基础产品负责人蒋江伟也强调，「我们 CIPU 最大的不一样，其实是用我们顶层定义的飞天云操作系统，垂直根据业务驱动往下定义了芯片。」
应用设计领域，最近流行着一种云原生 (CloudNative) 理念，其目标是探寻云应用设计的最佳实践路径，以充分发挥云的效能。在云原生浪潮之下，以往的关注视角，都是从基础设施向上看，聚焦在 PaaS、SaaS 以及应用侧。但应该还有一种视角，是往下看，比如数据密集型计算的上层需求，也在推动硬件侧「原生化」。云原生应该同时包含软件和硬件的概念。
实际上，在「CIPU+飞天」的组合中，阿里云是先把云操作系统做得非常成熟。通过对于飞天的定义和迭代，实现了对于客户需求的清晰化的感知。在此之后，才去做 CIPU。为云而生的 CIPU，与底层基础设施进行深度定制，可以更精准垂直去解决云操作系统的管理问题。在某种程度上来讲，在这个过程中，其实是完成了对于 CPU 的云原生化。
原生的最大意义是什么？也许就是实现极致性能和体验。乔布斯在第一次 iPhone 发布会上引用了图灵奖获得者 Alan Kay 的名言：「对软件极度较真的人，应该生产自己的硬件」。
图｜乔布斯在发布会上引用了 Alan Kay 的名言
如果去追溯苹果的发展，会发现阿里云「云操作系统+CIPU」的路径选择与苹果有着有趣的相似。苹果手机先有 iOS 操作系统，一开始用的其实是三星的 CPU，后来用了自己 A 系列的 CPU；Mac 最初用了英特尔的 CPU，最后变成自研的 CPU，比如 MI 和 M2 芯片，性能惊人。通过自研的软硬件一体，苹果创造了极富竞争优势的用户体验。两个不同领域的公司，都在通过类似的方式去定义各自行业的未来。
当然两者有着表面上的相似，更有着不同。
苹果作为终端产品需要考虑复杂生态的互联互通的问题，使用的场景是人机交互，这其实意味着可能因为路径依赖的问题，产品并不是遵循效率第一的原则，甚至效率的提升要伴随着巨大的阻碍，从而并不能实现原生意义上的「极致」。
比如，「QWERTY」键盘发明的初衷，是为了解决早期的机械打字机键盘的工艺发展不成熟，当打字速度太快时，很容易发生「卡壳」的问题。作为发明人美国人克里斯托夫·肖尔斯选择了「反人类设计」，把常用字母安排在不顺手的地方，从而降低打字员的速度，来解决这个问题。尽管后来随着加工技术的进步，出现了更高效率的字母排列组合的键盘，但是却没有成为主流。
而「CIPU+飞天云操作系统」不同：首先它是面向数据中心的，是系统级别的，而不是像苹果产品是单机的。其次它更多的是满足了机器与机器的交互。相比于终端，阿里云通过 CIPU+飞天操作，更容易实现原生。
CIPU+飞天操作系统在调度效率及运行算力方面，为性能和体验带来了极大提升，而客户端并不需要做任何代码的修改，就能无感的享有这种云算力带来的加速。
此外，从阿里云的产品布局来看，「CIPU+飞天」可以与其他自研产品，比如神龙计算平台、盘古存储平台和洛神网络平台等进行深度的适配。从而实现在总体上带来更好的性能乃至于更优的性价比。
换个视角来看，阿里云推出以 CIPU 为中心的云计算架构体系，其实意味着这家公司在尝试去定义新一代云计算的标准。这里面未来的进展以及可能的变化，还都挺值得关注的。
很多人认为，阿里做电商、支付以及物流都对中国意义重大，我觉得这其实只是阿里对于中国商业影响的一部分。
在数字化和智能化转型席卷各行各业的今天，阿里云的新计算，带来新的商业变革，也许更是阿里对中国商业产生影响的另一个重要的维度。
云计算似乎又进入了一个关键的突破期。阿里云智能总裁张建锋说：「我们看到云计算进入了一个新的发展阶段，我们越来越接近于下一个时代，需要定义一个全新的技术体系。所以，今年我们最重要的策略是 B2B，就是 Back to Basic，回到云计算的本质。」
我觉得，很多时候想真正去定义云计算产业发展的未来，这首先比拼的是独立思考的能力，特别是对未来计算问题的定义。而阿里云在做的努力，值得密切关注。
*头图来源：视觉中国
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