全球首款5nm服務(wù)器CPU“倚天710” 問世！阿里自研芯片的終點在哪？

全球高性能CPU市場又增加了一個重磅玩家。

2021年10月19日云棲大會，阿里巴巴旗下半導體公司平頭哥發(fā)布自研為云而生的高性能CPU倚天710，同時還推出搭載倚天710的“磐久”云原生服務(wù)器。這是繼2018年云棲大會發(fā)布的含光800云端AI推理芯片之后，平頭哥最新的自研芯片，也表明其自研高性能芯片的設(shè)計能力從專用AI芯片走向了通用CPU芯片。

阿里云智能總裁、達摩院院長張建鋒

雷鋒網(wǎng)了解到，倚天710采用最新的Armv9架構(gòu)，基于最先進的5nm工藝，單芯片集成600億晶體管，CPU核心數(shù)高達128個，最高主頻為3.2GHZ。倚天710不僅是全球首款采用5nm工藝的服務(wù)器芯片，也集成了最新的內(nèi)存DDR5和PCIE5.0。

也就是說，從架構(gòu)到制造工藝，從CPU核心到內(nèi)存和接口，倚天710都擁有當下CPU最先進的技術(shù)。

標準測試集SPECint2017的數(shù)據(jù)顯示，倚天710的分數(shù)達到440，超出業(yè)界標桿20%，能效比提升50%以上。

阿里花費數(shù)億美元打造一款高性能CPU的價值和目的何在？ 

倚天710集最先進技術(shù)于一身

概括倚天710的特性，那就是集先進技術(shù)于一身。

先看最底層指令集架構(gòu)，倚天710采用的是Arm今年三月才發(fā)布的面向新十年的Armv9架構(gòu)。根據(jù)Arm發(fā)布的產(chǎn)品，雷鋒網(wǎng)預(yù)計倚天710采用的是Arm Neoverse N2核心，兼具性能和能效。

一般而言，Arm只會為其最新的架構(gòu)選擇少數(shù)幾家合作伙伴，阿里平頭哥作為首個宣布采用Armv9架構(gòu)的公司，不僅顯示了雙方在合作上的深入，也能體現(xiàn)出平頭哥在芯片設(shè)計領(lǐng)域的能力。

基于最新的指令集，倚天710包含了高達128個核心。之所以說是高達，是因為今年3月AMD發(fā)布的最新一代服務(wù)器CPU EPYC，最高為64核128線程，4月英特爾發(fā)布的第三代至強可擴展處理器，核心數(shù)是40核。

與倚天710核數(shù)更為接近的，是同樣采用Arm架構(gòu)的Ampere（安晟培）在2020年投產(chǎn)的80核云原生服務(wù)器CPU Ampere Altra。Ampere的128核CPU計劃在今年第三季度投產(chǎn)，同樣采用5nm工藝。

倚天710即將在阿里云數(shù)據(jù)中心部署，然后逐步服務(wù)云上企業(yè)。

再從底層架構(gòu)轉(zhuǎn)向制造工藝，倚天710采用的是5nm工藝，這一節(jié)點已經(jīng)被應(yīng)用于蘋果A15芯片，但倚天710是首個采用5nm工藝的服務(wù)器CPU。最新的架構(gòu)加上最新的工藝，自然會對芯片設(shè)計的能力有較高要求。

但相比之下，解決上百個核心帶來的帶寬瓶頸更考驗平頭哥。過去數(shù)年間，處理器核心性能的提升速度遠超帶寬的性能提升速度，這限制了CPU計算性能的提升，就像是“茶壺里面倒餃子”。

據(jù)悉，為了解決帶寬瓶頸，平頭哥對片上互聯(lián)作了特殊優(yōu)化，采用新的流控算法，降低系統(tǒng)反壓，有效提升了系統(tǒng)效率和擴展性，使單核高性能有效地轉(zhuǎn)化為整個系統(tǒng)的高性能。

另外，倚天710通過新的系統(tǒng)地址到DRAM地址的轉(zhuǎn)換機制，支持安全、非安全隔離、多NUMA、異常通道隔離多種特性，同時DRAM讀寫效率大幅度提升。

除了從芯片設(shè)計的前端進行優(yōu)化，倚天710在后端物理實現(xiàn)方面也克服了諸多挑戰(zhàn)，包括靈活調(diào)度多達30種不同EDA軟件、深度定制時鐘網(wǎng)絡(luò)和定制IP技術(shù)。

倚天710還采用了先進封裝技術(shù)，集成業(yè)界最領(lǐng)先的內(nèi)存DDR5和接口PCIE5.0技術(shù)，有效提升芯片的傳輸速率，并且可適配云的不同應(yīng)用場景，最終實現(xiàn)了性能和能效的優(yōu)勢。

花費數(shù)億美元打造云CPU的價值

倚天710集成如此多先進技術(shù)，也意味著這款芯片的成本非常高昂。

市場研究機構(gòu)International Business Strategies (IBS)的研究數(shù)據(jù)顯示，28nm之后芯片的成本迅速上升。28nm工藝的成本為0.629億美元，到了7nm和5nm，芯片的成本迅速暴增，5nm將增至4.76億美元。

來源BIS

芯片是一個典型需要以量取勝的行業(yè)，一款芯片從設(shè)計到制造，采用先進制程成本高達數(shù)億美元，只有芯片有足夠大的量，才能擁有成本優(yōu)勢，這也是為什么只有手機這樣的產(chǎn)品才能持續(xù)采用最先進的制程。

倚天710作為一款阿里為云而定制的芯片，阿里明確表示不對外出售，這意味著其出貨量難以達到手機的數(shù)億量級。那么，從單顆芯片成本的角度看，平頭哥自研一款5nm的CPU芯片很難實現(xiàn)芯片的以量取勝。但如果從總體擁有成本和公司整體的競爭力來分析，自研高性能CPU有非常重要的價值。

IDC最新今年7月發(fā)布的2021年第一季度中國公有云市場數(shù)據(jù)顯示，季度內(nèi)IaaS+PaaS市場規(guī)模達46.32億美元（301億人民幣），其中阿里云排名第一，市場份額為40%。另據(jù)Gartner 2021年報告，云基礎(chǔ)設(shè)施和平臺市場呈現(xiàn)穩(wěn)固、集中格局，在全球范圍，超過90%的云市場向亞馬遜、微軟、阿里云、谷歌等前四家云廠商集中。

阿里云作為芯片的最大使用者之一，在全球建設(shè)了數(shù)百個云數(shù)據(jù)中心，能夠支撐阿里自研芯片。

但更重要的是，阿里云的競爭對手們也正在通過自研芯片來增強自身優(yōu)勢。亞馬遜自研的Arm CPU已經(jīng)展現(xiàn)出優(yōu)勢，谷歌的TPU也已經(jīng)在云中被廣泛使用。

這樣看來，阿里為云研發(fā)CPU和AI芯片成為其提供差異化服務(wù)，保持領(lǐng)導力的關(guān)鍵。

同樣，阿里自研芯片的優(yōu)勢也已經(jīng)展現(xiàn)，2020年10月30日開始，淘寶用戶的搜索請求均由含光800處理，其支持的淘寶主搜全鏈路吞吐率性能達到GPU性能的3倍左右。在杭州城市大腦的業(yè)務(wù)測試中，1顆含光800的算力相當于10顆GPU。

同時，基于對自身業(yè)務(wù)理解定制的AI芯片也能讓阿里云提供更多更好的AI云服務(wù)，比如圖像搜索、場景識別、視頻內(nèi)容識別、自然語言處理等場景。

因此，無論從總體擁有成本，還是公司戰(zhàn)略的角度，自研芯片是阿里云的必然選擇。并且自研的芯片越早應(yīng)用，自研芯片的決心越堅定，越有利于阿里云提供高性能，差異化的云服務(wù)，保持和提升領(lǐng)導力。

可以看到，倚天710從前端架構(gòu)設(shè)計到后端物理實現(xiàn)都是自研，并且集成了最先進的技術(shù)。

阿里成芯片公司？

從2018年阿里平頭哥成立到現(xiàn)在，短短三年間阿里已經(jīng)擁有了自研AI芯片含光800，自研云端CPU倚天710，還開發(fā)了十多款玄鐵系列嵌入式RISC-V指令集CPU IP核，累計出貨量超過25億顆。

這不禁讓人疑問，阿里是要取代現(xiàn)有的芯片公司了嗎？

答案是否定的，以阿里為代表的科技巨頭自研芯片的核心原因是市場上的芯片性能越來越難以滿足其包括AI在內(nèi)的新興業(yè)務(wù)，以及提供差異化功能的需求。另外，最先進的CPU和GPU售價高昂，且功耗高，此時基于對自身業(yè)務(wù)的理解有針對性開發(fā)芯片成為了一個更好的選擇。

阿里云智能總裁、達摩院院長張建鋒表示：“基于阿里云‘一云多芯’和‘做深基礎(chǔ)’的商業(yè)策略，我們發(fā)布倚天710，希望滿足客戶多樣性的計算需求。我們將繼續(xù)與英特爾、英偉達、AMD等合作伙伴保持密切合作。”

對于第三方芯片公司來說，其業(yè)務(wù)的核心是盡可能多銷售芯片。

但對于阿里這樣的系統(tǒng)公司，直接為用戶提供系統(tǒng)級服務(wù)，芯片只是其提供更好、更具差異化服務(wù)的關(guān)鍵，銷售芯片并非其目標，既然如此，芯片的開發(fā)和應(yīng)用策略和路徑和傳統(tǒng)芯片公司并不會相同。

比如，倚天710與飛天操作系統(tǒng)協(xié)同，能為云上客戶提供高性價比的云服務(wù)。還有，基于從云到端的芯片，阿里能夠更好的發(fā)展其AIoT生態(tài)，構(gòu)建一個更強大的生態(tài)。

從處理器到服務(wù)器，再到操作系統(tǒng)，阿里正在從系統(tǒng)層級實現(xiàn)全面的自主，增強競爭力。

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