阿里云发布云数据中心专用处理器CIPU，构建新一代云计算架构体系

钱江晚报·小时新闻记者 张云山

6月13日，阿里云智能总裁张建锋在峰会上正式发布CIPU（Cloud infrastructure Processing Units），这是为新型云数据中心设计的专用处理器，未来将替代CPU成为云计算的管控和加速中心。

阿里云智能总裁张建锋发布CIPU

例如，CIPU与计算结合，快速接入不同类型资源的服务器，带来算力的“0”损耗，以及硬件级安全的加固隔离；CIPU与存储结合，对存算分离架构的块存储接入进行硬件加速，云盘存储IOPS最高可达300万，长尾时延降低50%；CIPU与网络结合，可对高带宽物理网络进行硬件加速，构建大规模弹性RDMA高性能网络，时延最低可达5us。

CIPU架构示意图

基于CIPU和飞天的新一代云计算架构体系，在通用计算、大数据、人工智能等核心场景的计算测试中展现了优越的性能。在通用分布式计算领域，Redis性能提升了68%、MySQL提升了60%，Nginx提升了30%；高吞吐类的互联网业务上云之后，比自建物理机的集群吞吐量提升了30%，业务高峰期延迟下降了90%；在大数据和AI等计算与数据双密集场景下，相比传统的TCP网络，弹性RDMA高性能网络的吞吐能力提升30%以上；云原生方面，容器启动速度快了350%，在Serverless 场景下6秒可拉起3000个弹性容器实例。

CIPU特性简介

为什么要有CIPU？张建锋认为，过去十多年，云计算技术经历了两个发展阶段：第一阶段是分布式和虚拟化技术替代了大型机，满足了当时企业所需的算力规模；第二阶段出现了资源池化技术，以阿里巴巴为例，通过计算存储分离架构，将计算、存储、网络资源分别池化，突破了规模和稳定性的瓶颈，提供了超大规模的云计算服务。

但随着数据密集型计算场景的普及，用户对低时延、高带宽的需求也越来越高，传统以CPU为中心的计算体系架构无法适应这一趋势。为了解决这一问题，阿里云相关研发团队早在2015年就开始技术攻关，并于2017年推出业内首款虚拟化损耗为零的神龙云服务器。经过多年自研迭代，神龙、弹性RDMA等核心技术不断深入垂直整合，演进出以CIPU为中心的全新架构形态，云计算开始进入第三阶段。

阿里云还不断夯实技术底座，建立了自研的芯片、服务器、飞天操作系统等软硬一体的基础设施。这些基础设施有力支撑了阿里云产品的四大核心：神龙计算、盘古存储、洛神网络和安全内核。在国际权威机构Gartner发布的年度报告里，阿里云获得计算、存储、网络、安全4项单项最高分以及IaaS整体基础设施能力的全球最高分。

云基础设施处理器CIPU（Cloud infrastructure Processing Units ），是阿里云为新型云数据中心设计的专用处理器，用于加速和管控计算资源，将替代CPU成为云时代IDC的处理核心。在这个全新体系架构下，CIPU向下对数据中心的计算、存储、网络资源快速云化并进行硬件加速，向上接入飞天云操作系统，管控阿里云全球上百万台服务器。

1、CIPU的三大特性：

● 网络：对高带宽物理网络进行硬件加速云计算 操作系统，通过建设大规模的eRDMA分布式高性能网络，实现RDMA技术的普惠化；

● 存储：对存算分离架构的块存储接入进行硬件加速，提供超高性能的云盘；

● 计算：快速接入不同类型资源的神龙计算平台，带来算力的“0”损耗，以及硬件级安全的加固隔离。

2、为什么要有CIPU？

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，通过计算存储分离的架构，对资源统一的调度编排，提高云计算的可靠性和可用性。

这两个阶段都是以CPU为中心的计算体系架构，解决了部分计算的需求。但云上客户的需求发生了巨大的变化，就像内燃机发明之后，人类对载具速度的想象力从马车时代进入了汽车时代。

随着数据密集型计算越来越多，传统以CPU为中心的计算体系架构无法适应这一趋势：

第一，以CPU为中心的架构导致了计算和网络传输的时延大；

第二，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；

第三，管理的基础设施规模越来越大，阿里云在全球27个国家和地区、84个可用区管理着超过上百万台服务器，基于CPU为中心的架构无法解决超大规模的复杂管理问题。

为了解决以上问题，需要对数据中心内部的云计算体系架构进行改革创新，从以CPU为中心的体系架构进入以飞天操作系统+CIPU为中心的体系架构。

3、CIPU带来哪些改变？

基于CIPU和飞天操作系统的新一代云计算架构体系，无论是在分布式应用还是人工智能的场景测试中，都展现了优越的性能。

存储方面，通过全硬件虚拟化和转发加速，存储时延最低可至30us（PLX），IOPS高达300万，存储带宽可达200 Gbps，全面超越市面上所有云产品，云端能提供比本地更安全可靠且高性能的存储能力。

网络方面，基础带宽从100G升级至200G，VPC的PPS转发性能从2000万提升至4000万，网络时延从22us降低至16us，RDMA协议下更可低至5.5us。应用上云之后，比自建物理机的集群吞吐量提升了30%，业务高峰期延迟下降了90%。

计算方面，单容器虚拟化消耗减少50%，虚拟化容器启动速度快350%。主流通用计算场景下，Nginx性能提升了89%，Redis性能提升了68%、MySQL提升了60%。大数据和AI 场景下，AI深度学习场景训练性能提升30%，Spark计算性能提升30%。同时，神龙计算平台可以提前预测80%的硬件故障，并进行无感热迁移规避，从而实现了业界领先的高可用SLA。

4、一图看懂阿里云CIPU

阿里云的软硬一体新型计算体系

过去13年，阿里云自主研发了飞天云操作系统，并构建出自研芯片、服务器、计算、存储、网络等软硬一体的新型计算体系架构。

飞天是中国唯一自研云操作系统，将遍布全球的上百万台服务器连接成一台超级计算机，单集群可达10万台规模，千亿级文件数，EB级别存储空间。2018年，飞天获得中国电子学会15年来第一个科技进步特等奖。

在2021年11月发布的Gartner IaaS + PaaS 综合解决方案记分卡中，阿里云被认为是所有被评估的全球供应商中得分第三高的解决方案，在计算、存储、网络、安全等核心能力中，阿里云也均获得最高分。

阿里云智能云架构总监 黄瑞瑞

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（编辑：温州站长网）

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