倚天出鞘！600億晶體管，阿里服務器CPU來了，巨頭造芯戰(zhàn)升級

作者 |  心緣
編輯 |  漠影芯東西10月19日報道，剛剛，在2021云棲大會主論壇現(xiàn)場，阿里巴巴旗下半導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600億晶體管。這是業(yè)界性能最強的Arm服務器芯片，性能超過業(yè)界標桿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無疑是阿里云推進“一云多芯”策略的重要一步，將于阿里云數(shù)據(jù)中心部署應用，率先在今年雙11應用，并逐步服務云上企業(yè)。至此，阿里成為繼亞馬遜、華為后，全球第三家擁有自研Arm服務器芯片的云計算廠商。除了進軍服務器芯片外，阿里平頭哥還宣布玄鐵CPU已出貨超25億顆，成為國內應用規(guī)模最大的國產CPU，并宣布開源其玄鐵RISC-V系列處理器，開放相關工具及系統(tǒng)軟件。業(yè)界首款5nm服務器芯片：128核、600億晶體管

阿里云智能總裁、達摩院院長張建鋒說，基于阿里云“一云多芯”和“做深基礎”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算需求。這款CPU針對云場景的高并發(fā)、高性能和高能效需求而設計，將領先的芯片設計技術與云場景的獨特需求相結合，基于最新ARMv9架構，內含128核CPU，主頻最高達到3.2GHz，能同時兼顧性能和能效比。這也是業(yè)界第一顆采用5nm工藝的服務器芯片，單芯片容納高達600億個晶體管。由于5nm工藝對能量密度、芯片內部結構的布局要求極高，平頭哥在研發(fā)過程中靈活調度多達30種不同EDA軟件、深度定制時鐘網(wǎng)絡和定制IP技術，并采用了先進的多芯片堆疊技術，以確保芯片性能、功耗的優(yōu)化。

在內存和接口方面，倚天710集成了業(yè)界先進的DDR5、PCIE5.0等技術，可有效提升芯片的傳輸速率，并適配云的不同應用場景。為了解決云計算高并發(fā)條件下的帶寬瓶頸，倚天710針對片上互聯(lián)進行了特殊優(yōu)化設計，通過全新的流控算法，有效緩解系統(tǒng)擁塞，從而提升了系統(tǒng)效率和擴展性。在全球權威CPU基準測試集SPECint2017上，倚天710的分數(shù)達到440，超出業(yè)界標桿20%，能效比優(yōu)于業(yè)界標桿50%以上，能有效幫助數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排。

張建鋒說，阿里在全球管理著超過150萬臺服務器。而成功自研云端芯片，不僅有助于降低阿里巴巴集團內部整體計算的成本，還能通過阿里云向外輸出，帶給云上客戶更高性價比的選擇。
倚天710亮劍背后，Arm吹響沖鋒號角

通用處理器芯片是數(shù)據(jù)中心最復雜的芯片之一，其架構設計之復雜、技術難度之高，致使多年以來，掌握這一技術實力的企業(yè)屈指可數(shù)。全球三大指令集架構中，x86儼然是服務器芯片市場的主宰者，x86霸主英特爾長期占據(jù)主導地位，另一位x86核心玩家AMD亦在近年異軍突起。但過去三年間，市場格局開始發(fā)生變動——Arm向服務器市場吹起了沖鋒的號角。2018年10月，Arm宣布將推出一款專為云數(shù)據(jù)中心、邊緣計算及5G網(wǎng)絡市場而打造的全新品牌——Neoverse系列服務器處理器，并逐步完善V、N、E三大系列產品路線圖。日益增長的Arm服務器處理器IP核性能，遞給了云計算廠商有力的造芯武器。2018年11月，全球第一大云服務商亞馬遜AWS推出基于Arm架構的首款AWS Graviton服務器芯片；2019年1月，華為推出基于Arm架構的7nm 64核服務器芯片鯤鵬920；2019年12月，亞馬遜AWS推出采用Arm Neoverse N1內核的7nm第二代Graviton服務器芯片。獨立服務器芯片供應商也抓住這一機遇。2018年成立的安晟培半導體（Ampere Computing）在2020年6月公布業(yè)界首款擁有128核CPU的Arm服務器芯片Ampere Altra Max。在國內，飛騰已基于Arm架構研發(fā)多代服務器芯片。

盡管倚天710“出鞘”稍晚，但無論是業(yè)界首發(fā)5nm還是創(chuàng)新架構設計，都展現(xiàn)了平頭哥研發(fā)設計大型復雜芯片的能力。按照公開信息，Ampere和飛騰均計劃在明年上新5nm服務器芯片。與其他自研芯片的云廠商類似，倚天710不會出售，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，自研倚天710進一步豐富了阿里云的底層技術架構，并與飛天操作系統(tǒng)深度協(xié)同，為云上客戶提供高性價比的云服務。阿里云智能總裁、達摩院院長張建鋒表示：“我們將繼續(xù)與英特爾、英偉達、AMD、Arm等合作伙伴保持密切合作，為客戶提供更多選擇?！?/span>

對于阿里云自身而言，倚天710的問世，意味著從底層芯片、云操作系統(tǒng)到存儲、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，阿里云已經(jīng)實現(xiàn)全棧自研。
“一云多芯”策略加持，阿里持續(xù)擴張芯版圖

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（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、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)芯片等多領域。2017年10月，阿里成立達摩院，隨后迅速組建了一支由半導體行業(yè)工業(yè)界和學術界頂級專家組成的技術團隊，開始專攻核心芯片設計技術。2018年，阿里巴巴全資收購大陸唯一擁有自主嵌入式CPU IP核的半導體公司中天微，并在數(shù)月后將達摩院芯片研發(fā)團隊與中天微團隊合并成立平頭哥半導體公司。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到首款通用服務器芯片倚天710的“三級跳”。而此前積累的AI芯片及處理器IP設計經(jīng)驗，也成為平頭哥突破通用芯片研發(fā)技術的基礎。在處理器IP方面，平頭哥累計開發(fā)了十多款基于RISC-V架構的玄鐵系列嵌入式CPU IP核，這些為AIoT終端芯片提供的高性價比IP產品均已得到大規(guī)模量產的驗證，覆蓋從低功耗到高性能的等機器視覺、工業(yè)控制、車載終端、移動通信、多媒體和無線接入各類場景，累計出貨量超過25億顆，擁有150余家客戶、超500個授權數(shù)，已成為國內應用規(guī)模最大的國產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、低應用場景，并開放相關工具及系統(tǒng)軟件。全球開發(fā)者可通過平頭哥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，并提供技術支持和應用服務。

這是系列處理器與基礎軟件的全球首次全棧開源，將進一步拉近了RISC-V技術與開發(fā)者的距離，加速生態(tài)進步和創(chuàng)新落地。在云端芯片方面，背靠全球前三、亞洲第一的云平臺阿里云，平頭哥在深刻理解數(shù)據(jù)中心業(yè)務場景和需求方面具備天然優(yōu)勢。阿里第一顆云端AI推理芯片含光800已實現(xiàn)規(guī)模化應用，通過阿里云服務了搜索推薦、視頻直播等行業(yè)客戶。達摩院、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品家族，其端云一體化戰(zhàn)略愈發(fā)清晰。

結語：云巨頭造芯序幕拉開

打造高性價比的自研云端芯片，已是近年多家云計算巨頭重點發(fā)力的方向。通過自研芯片，云服務商能結合自身場景需求，為客戶提供更豐富的選擇，以及更高性價比的軟硬件協(xié)同方案。與此同時，基于Arm架構的服務器芯片在技術、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，正通過不斷匯聚優(yōu)質芯片設計人才及技術資源，成為Arm服務器擴張疆域的生力軍。