趋势五、软硬融合云计算体系架构
云计算向以 CIPU 为中心的全新云计算体系架构深度演进，通过 软件定义，硬件加速， 在保持云上应用开发的高弹性和敏捷性 同时，带来云上应用的全面加速。
摘要
云计算从以 CPU 为中心的计算体系 架构向以云基础设施处理器（CIPU）为 中心的全新体系架构深度演进。通过软 件定义，硬件加速，在保持云上应用开 发的高弹性和敏捷性同时，带来云上应 用的全面加速。新的体系架构下，软硬 一体化带来硬件结构的融合，接入物理 的计算、存储、网络资源，通过硬件资 源的快速云化实现硬件加速。此外，新 架构也带来软件系统的融合。这意味着 以 CIPU 云化加速后的算力资源，可通 过 CIPU 上的控制器接入分布式平台， 实现云资源的灵活管理、调度和编排。 在此基础上，CIPU 将定义下一代云计 算的服务标准，给核心软件研发和专用 芯片行业带来新的发展机遇。
趋势解读
随着后摩尔时代的带来，CPU 的性 能提升趋近于天花板，数据量的 爆发式增长带来极高的数据处理需求。 企业在大数据、 AI 等数据密集型计算的 应用场景越来越多。这两方面的因素导 致以 CPU 中心的云计算体系架构碰上了 技术瓶颈，无法应对云上时延和带宽的 进一步扩展。传统的 CPU 体系架构需要 向着软硬一体化的方向迭代升级。
云计算的体系架构发展经历了三个 阶段，已经解决了超高并发和大算力的 经济性问题。第一阶段在 2010 年左右， 以 X86 服务器、互联网中间件为代表的 分布式架构技术为主。第二阶段在 2015 年左右，云厂商通过软件定义的方式，构 建了虚拟私有云（VPC）和计算存储分离 的池化架构。在新的池化架构之下，计 算存储网络资源可以分别实现按需扩容。
目前，云计算进入第三阶段，引入 专用硬件，形成软硬一体化的虚拟化架 构，实现了全面硬件加速。这个阶段云 计算面临的挑战，是在数据密集计算、 云数据中心东西流量越来越大的趋势下， 实现云计算单位成本下更高的计算性能， 以及更高效的云数据中心管理。 而计算 效率的提升，还需要回到芯片和系统底 层中去。
以CIPU为核心的云计算体系架构， 在工程实现上主要有以下三方面突破：
首先，是底层硬件结构的融合，带 来全面硬件加速。基于 CIPU 的新架构 能够向下管理数据中心硬件，配合云操 作系统，对计算、存储，网络，安全进 行全面加速，把 IDC 真正变成一台高速 总线互联的超级计算机。在用户云上计 算最需要的基础云网络和云存储链路上 提供更低的延迟、更高的带宽和吞吐。
其次，在全链路实现硬件加速的基 础上，创新地实现了 eRDMA，不但能 够大规模组网，还能让用户无需修改负 载的代码，无感加速， 让云上的高性能 计算普惠服务化成为现实。
最后，在全新的云数据中心硬件体 系架构下，CIPU 和服务器的系统组合， 既可以一对多，也能实现多对一，高效 满足云上不同计算场景下东西向流量计 算配比的灵活需求。
软硬融合的云计算体系架构，保持 了软件定义，在分布式架构时期构建的 交付敏捷性和灵活度，池化架构时期构 建的弹性、可靠性、可用性，还带来了 云上应用的全面加速，显著提升了计算 性能。
未来三年，云计算向以 CIPU 为中 心的全新云计算体系架构深度演进，云 上的函数计算，容器服务，数据库服务， 大数据服务，AI 等云服务，也将全面被 CIPU 加速。从购买计算资源进行自身应 用加速，到全面使用云上服务，用户将 获得 CIPU 加速带来的全面体验。从资 源到服务，云计算服务的核心价值，很 大程度将取决于云厂商能提供的底层计 算能力和计算效率。
专家点评
软硬件一体化设计 是当前计算架构的 重要演进方向。尤其 在复杂的云计算场 景 中， 软 硬 件 的 协 同优化与迭代升级 更是决定其性能提 升 的 关 键。CIPU 是 阿里云结合其飞天 操 作 系 统， 实 现 对 数 据 中 心 计 算、 存 储、 网 络 等 多 维 资 源进行高效管理和 软硬件协同加速的 代 表 性 技 术。CIPU 在阿里云的成功实 践也预示着软硬件 一体化的虚拟化架 构将引领云计算的 技术升级。
任炬
清华大学计算机系 副教授
CIPU 有非常多的创 新，比较值得一提的 是其提供的 eRDMA 能力，通过全面普惠 的 大 规 模 弹 性 VPC 网络， 对云上分布 式 workload 做高性 能 网 络 加 速， 从 缓 存， 数 据 库， 大 数 据，AI 等， 有 20% 到 80% 不 等 的 e2e 性 能 提 升， 且 无 需 用户修改一行代码。 云计算体系架构基 础技术的不断革新， 正在推动云上基础 计算能力开始大幅 超 越 线 下 服 务 器， 而企业只要上云就 能从云计算资源或 云 服 务 中， 低 成 本 获得这些还在不断 扩大的系统红利。
蒋林泉
阿里云研究员 阿里云神龙计算平 台负责人
