倚天出鞘！600億晶體管，阿里服務(wù)器CPU來(lái)了，巨頭造芯戰(zhàn)升級(jí)

作者 |  心緣
編輯 |  漠影芯東西10月19日?qǐng)?bào)道，剛剛，在2021云棲大會(huì)主論壇現(xiàn)場(chǎng)，阿里巴巴旗下半導(dǎo)體公司平頭哥推出自研云原生處理器芯片倚天710，采用5nm工藝，單芯片容納高達(dá)600億晶體管。這是業(yè)界性能最強(qiáng)的Arm服務(wù)器芯片，性能超過(guò)業(yè)界標(biāo)桿20%，能效比提升50%以上。

作為阿里第一顆為云而生的CPU芯片，倚天710無(wú)疑是阿里云推進(jìn)“一云多芯”策略的重要一步，將于阿里云數(shù)據(jù)中心部署應(yīng)用，率先在今年雙11應(yīng)用，并逐步服務(wù)云上企業(yè)。至此，阿里成為繼亞馬遜、華為后，全球第三家擁有自研Arm服務(wù)器芯片的云計(jì)算廠商。除了進(jìn)軍服務(wù)器芯片外，阿里平頭哥還宣布玄鐵CPU已出貨超25億顆，成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用規(guī)模最大的國(guó)產(chǎn)CPU，并宣布開源其玄鐵RISC-V系列處理器，開放相關(guān)工具及系統(tǒng)軟件。業(yè)界首款5nm服務(wù)器芯片：128核、600億晶體管

阿里云智能總裁、達(dá)摩院院長(zhǎng)張建鋒說(shuō)，基于阿里云“一云多芯”和“做深基礎(chǔ)”的商業(yè)策略，平頭哥發(fā)布倚天710，以滿足客戶多樣性的計(jì)算需求。這款CPU針對(duì)云場(chǎng)景的高并發(fā)、高性能和高能效需求而設(shè)計(jì)，將領(lǐng)先的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)與云場(chǎng)景的獨(dú)特需求相結(jié)合，基于最新ARMv9架構(gòu)，內(nèi)含128核CPU，主頻最高達(dá)到3.2GHz，能同時(shí)兼顧性能和能效比。這也是業(yè)界第一顆采用5nm工藝的服務(wù)器芯片，單芯片容納高達(dá)600億個(gè)晶體管。由于5nm工藝對(duì)能量密度、芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布局要求極高，平頭哥在研發(fā)過(guò)程中靈活調(diào)度多達(dá)30種不同EDA軟件、深度定制時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)和定制IP技術(shù)，并采用了先進(jìn)的多芯片堆疊技術(shù)，以確保芯片性能、功耗的優(yōu)化。

在內(nèi)存和接口方面，倚天710集成了業(yè)界先進(jìn)的DDR5、PCIE5.0等技術(shù)，可有效提升芯片的傳輸速率，并適配云的不同應(yīng)用場(chǎng)景。為了解決云計(jì)算高并發(fā)條件下的帶寬瓶頸，倚天710針對(duì)片上互聯(lián)進(jìn)行了特殊優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)全新的流控算法，有效緩解系統(tǒng)擁塞，從而提升了系統(tǒng)效率和擴(kuò)展性。在全球權(quán)威CPU基準(zhǔn)測(cè)試集SPECint2017上，倚天710的分?jǐn)?shù)達(dá)到440，超出業(yè)界標(biāo)桿20%，能效比優(yōu)于業(yè)界標(biāo)桿50%以上，能有效幫助數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排。

張建鋒說(shuō)，阿里在全球管理著超過(guò)150萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。而成功自研云端芯片，不僅有助于降低阿里巴巴集團(tuán)內(nèi)部整體計(jì)算的成本，還能通過(guò)阿里云向外輸出，帶給云上客戶更高性價(jià)比的選擇。
倚天710亮劍背后，Arm吹響沖鋒號(hào)角

通用處理器芯片是數(shù)據(jù)中心最復(fù)雜的芯片之一，其架構(gòu)設(shè)計(jì)之復(fù)雜、技術(shù)難度之高，致使多年以來(lái)，掌握這一技術(shù)實(shí)力的企業(yè)屈指可數(shù)。全球三大指令集架構(gòu)中，x86儼然是服務(wù)器芯片市場(chǎng)的主宰者，x86霸主英特爾長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位，另一位x86核心玩家AMD亦在近年異軍突起。但過(guò)去三年間，市場(chǎng)格局開始發(fā)生變動(dòng)——Arm向服務(wù)器市場(chǎng)吹起了沖鋒的號(hào)角。2018年10月，Arm宣布將推出一款專為云數(shù)據(jù)中心、邊緣計(jì)算及5G網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)而打造的全新品牌——Neoverse系列服務(wù)器處理器，并逐步完善V、N、E三大系列產(chǎn)品路線圖。日益增長(zhǎng)的Arm服務(wù)器處理器IP核性能，遞給了云計(jì)算廠商有力的造芯武器。2018年11月，全球第一大云服務(wù)商亞馬遜AWS推出基于Arm架構(gòu)的首款A(yù)WS Graviton服務(wù)器芯片；2019年1月，華為推出基于Arm架構(gòu)的7nm 64核服務(wù)器芯片鯤鵬920；2019年12月，亞馬遜AWS推出采用Arm Neoverse N1內(nèi)核的7nm第二代Graviton服務(wù)器芯片。獨(dú)立服務(wù)器芯片供應(yīng)商也抓住這一機(jī)遇。2018年成立的安晟培半導(dǎo)體（Ampere Computing）在2020年6月公布業(yè)界首款擁有128核CPU的Arm服務(wù)器芯片Ampere Altra Max。在國(guó)內(nèi)，飛騰已基于Arm架構(gòu)研發(fā)多代服務(wù)器芯片。

盡管倚天710“出鞘”稍晚，但無(wú)論是業(yè)界首發(fā)5nm還是創(chuàng)新架構(gòu)設(shè)計(jì)，都展現(xiàn)了平頭哥研發(fā)設(shè)計(jì)大型復(fù)雜芯片的能力。按照公開信息，Ampere和飛騰均計(jì)劃在明年上新5nm服務(wù)器芯片。與其他自研芯片的云廠商類似，倚天710不會(huì)出售，主要是阿里云自用。阿里云已全面兼容x86、Arm、RISC-V等主流芯片架構(gòu)，自研倚天710進(jìn)一步豐富了阿里云的底層技術(shù)架構(gòu)，并與飛天操作系統(tǒng)深度協(xié)同，為云上客戶提供高性價(jià)比的云服務(wù)。阿里云智能總裁、達(dá)摩院院長(zhǎng)張建鋒表示：“我們將繼續(xù)與英特爾、英偉達(dá)、AMD、Arm等合作伙伴保持密切合作，為客戶提供更多選擇。”

對(duì)于阿里云自身而言，倚天710的問(wèn)世，意味著從底層芯片、云操作系統(tǒng)到存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，阿里云已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全棧自研。
“一云多芯”策略加持，阿里持續(xù)擴(kuò)張芯版圖

在業(yè)界，阿里自研芯片早已不算新鮮事。自2016年11月投資軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）芯片公司Barefoot起，阿里便開始展露布局芯片的雄心，陸續(xù)投資翱捷科技、寒武紀(jì)、深鑒、耐能、中天微、恒玄科技等芯片公司，覆蓋AI芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片等多領(lǐng)域。2017年10月，阿里成立達(dá)摩院，隨后迅速組建了一支由半導(dǎo)體行業(yè)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界頂級(jí)專家組成的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，開始專攻核心芯片設(shè)計(jì)技術(shù)。2018年，阿里巴巴全資收購(gòu)大陸唯一擁有自主嵌入式CPU IP核的半導(dǎo)體公司中天微，并在數(shù)月后將達(dá)摩院芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)與中天微團(tuán)隊(duì)合并成立平頭哥半導(dǎo)體公司。三年之間，平頭哥完成了從發(fā)布首款RISC-V處理器玄鐵710、首款云端AI推理芯片含光800到首款通用服務(wù)器芯片倚天710的“三級(jí)跳”。而此前積累的AI芯片及處理器IP設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也成為平頭哥突破通用芯片研發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)。在處理器IP方面，平頭哥累計(jì)開發(fā)了十多款基于RISC-V架構(gòu)的玄鐵系列嵌入式CPU IP核，這些為AIoT終端芯片提供的高性價(jià)比IP產(chǎn)品均已得到大規(guī)模量產(chǎn)的驗(yàn)證，覆蓋從低功耗到高性能的等機(jī)器視覺(jué)、工業(yè)控制、車載終端、移動(dòng)通信、多媒體和無(wú)線接入各類場(chǎng)景，累計(jì)出貨量超過(guò)25億顆，擁有150余家客戶、超500個(gè)授權(quán)數(shù)，已成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用規(guī)模最大的國(guó)產(chǎn)CPU。繼發(fā)布玄鐵710等處理器后，平頭哥今日宣布其在RISC-V生態(tài)上又一重要舉措——開源四款玄鐵RISC-V系列處理器，覆蓋高、中、低應(yīng)用場(chǎng)景，并開放相關(guān)工具及系統(tǒng)軟件。全球開發(fā)者可通過(guò)平頭哥Github和芯片開放社區(qū)下載玄鐵源代碼，平頭哥也將持續(xù)開源穩(wěn)定的、全棧一體的RISC-V IP核，并提供技術(shù)支持和應(yīng)用服務(wù)。

這是系列處理器與基礎(chǔ)軟件的全球首次全棧開源，將進(jìn)一步拉近了RISC-V技術(shù)與開發(fā)者的距離，加速生態(tài)進(jìn)步和創(chuàng)新落地。在云端芯片方面，背靠全球前三、亞洲第一的云平臺(tái)阿里云，平頭哥在深刻理解數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)場(chǎng)景和需求方面具備天然優(yōu)勢(shì)。阿里第一顆云端AI推理芯片含光800已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，通過(guò)阿里云服務(wù)了搜索推薦、視頻直播等行業(yè)客戶。達(dá)摩院、平頭哥及阿里云正成為阿里巴巴三位一體的核心技術(shù)棧。隨著倚天710的發(fā)布，平頭哥已擁有處理器IP、AI芯片及通用芯片等產(chǎn)品家族，其端云一體化戰(zhàn)略愈發(fā)清晰。

結(jié)語(yǔ)：云巨頭造芯序幕拉開

打造高性價(jià)比的自研云端芯片，已是近年多家云計(jì)算巨頭重點(diǎn)發(fā)力的方向。通過(guò)自研芯片，云服務(wù)商能結(jié)合自身場(chǎng)景需求，為客戶提供更豐富的選擇，以及更高性價(jià)比的軟硬件協(xié)同方案。與此同時(shí)，基于Arm架構(gòu)的服務(wù)器芯片在技術(shù)、性能、生態(tài)系統(tǒng)方面都日益成熟，這給云廠商自研芯片提供了便利的土壤。隨著Arm的士氣一路猛漲，服務(wù)器芯片格局逐漸趨于多元化。而以亞馬遜AWS、阿里云為代表的云廠商們，正通過(guò)不斷匯聚優(yōu)質(zhì)芯片設(shè)計(jì)人才及技術(shù)資源，成為Arm服務(wù)器擴(kuò)張疆域的生力軍。