爭奪算力話語權(quán)，云計(jì)算廠商迎來自研芯片“覺醒時(shí)刻”

科技云報(bào)道原創(chuàng)。

近年來，以AI機(jī)器學(xué)習(xí)、大規(guī)模視頻處理、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理等為首的高負(fù)載云計(jì)算應(yīng)用日益增多，其場景運(yùn)算強(qiáng)度大、高并發(fā)、應(yīng)用復(fù)雜，對(duì)云計(jì)算廠商的服務(wù)質(zhì)量提出了前所未有的極高要求，并倒逼服務(wù)器芯片加速發(fā)展。

尤其是在“云原生”的概念提出后，傳統(tǒng)IT時(shí)代的云計(jì)算更多是為了適配當(dāng)前的IT架構(gòu)，進(jìn)而適配各類應(yīng)用。

可在云原生時(shí)代里，很多應(yīng)用本身就是生于云、長于云。

如何根據(jù)這些云原生應(yīng)用的需求打造更適宜其生長的土壤，成了云廠商技術(shù)變革的頭等大事。

“云土壤”的改造既涉及軟件、架構(gòu)、操作系統(tǒng)，又涉及網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、計(jì)算板卡，更會(huì)涉及最為核心的算力來源——芯片。

巨頭廠商扎堆云計(jì)算芯片

中國信息通信研究院發(fā)布的《云計(jì)算白皮書（2022年）》指出，隨著經(jīng)濟(jì)回暖，全球云計(jì)算市場所受影響逐步減弱，至2021年已基本恢復(fù)到疫情前的增長水平。

2021年，中國云計(jì)算總體處于快速發(fā)展階段，市場規(guī)模達(dá)3229億元，同比增長54.4%。

其中，公有云市場繼續(xù)保持較快發(fā)展，同比增長70.8%，達(dá)到2181億元，成為未來幾年中國云計(jì)算市場增長的主要?jiǎng)恿Γ凰接性剖袌鐾黄魄|元大關(guān)，同比增長28.7%，增至1048億元。

云計(jì)算逐漸出現(xiàn)虹吸效應(yīng)，并在安全性、網(wǎng)邊端形成新的服務(wù)方式。JP Morgan報(bào)告認(rèn)為，到2025年，數(shù)據(jù)中心的芯片市場價(jià)值將近180億美元。

隨著國家“十四五”規(guī)劃的推進(jìn)以及新基建的投資，未來五年，中國服務(wù)器市場將保持健康穩(wěn)定的增長。

2021-2025年，中國服務(wù)器市場規(guī)模將由257.31億美元升至410.29億美元，保持12.5%的年復(fù)合增長率，服務(wù)器芯片也將迎來廣闊市場。

當(dāng)然，云計(jì)算中涉及的芯片種類繁多，各家側(cè)重點(diǎn)也有所不同。

比如，阿里的含光800、谷歌的TPU、以及芯片廠商英特爾的Habana Gaudi 2、英偉達(dá)的H100等，都是側(cè)重于人工智能應(yīng)用的計(jì)算芯片。

此外，近年間還有DPU、IPU、CIPU等新型數(shù)據(jù)中心處理器。

云計(jì)算芯片市場的老玩家——CPU自然也不會(huì)缺席。

目前，全球服務(wù)器芯片的架構(gòu)仍然以x86獨(dú)大，ARM與其他架構(gòu)份額較小。

根據(jù)JP Morgan的數(shù)據(jù)顯示，目前還沒有明顯跡象表明大量的數(shù)據(jù)中心開始從x86架構(gòu)轉(zhuǎn)移到ARM架構(gòu)。

預(yù)計(jì)到2025年，x86仍會(huì)是數(shù)據(jù)中心主要架構(gòu)，預(yù)計(jì)仍會(huì)有90%市占率。

CPU架構(gòu)設(shè)計(jì)難度大、生態(tài)壁壘高，一直是芯片產(chǎn)業(yè)的集大成之作。然而，哪里有壟斷，哪里就有挑戰(zhàn)者。

從2008年開始，ARM就持續(xù)對(duì)服務(wù)器芯片市場發(fā)動(dòng)了進(jìn)攻，惠普、AMD、博通、高通等芯片設(shè)計(jì)公司都曾陸續(xù)推出相關(guān)產(chǎn)品，可惜大多折戟。

然而，市場并未因一時(shí)的失利而失去信心。

2018年，ARM發(fā)布ARM Neoverse計(jì)算平臺(tái)，瞄準(zhǔn)了云計(jì)算服務(wù)器、HPC、AI與機(jī)器學(xué)習(xí)加速這幾大場景。

隨后幾年里，AWS推出Graviton系列服務(wù)器CPU；Ampere Computing推出80核Ampere Altra和128核Ampere Altra Max服務(wù)器CPU；國內(nèi)廠商飛騰推出多款服務(wù)器CPU。

話語權(quán)不足引各廠商自研芯片

由于晶圓代工及封測成本大增，AMD的EPYC服務(wù)器芯片或?qū)q價(jià)10%—30%，屆時(shí)服務(wù)器芯片的戰(zhàn)況將更趨白熱化。

無論是英特爾芯片的延遲發(fā)布，還是AMD可能的漲價(jià)，種種行為都在某種程度上剝奪著云服務(wù)廠商等下游企業(yè)的話語權(quán)和自身的發(fā)展節(jié)奏。

云廠商自研服務(wù)器芯片可以減輕對(duì)第三方供應(yīng)的依賴；另一方面是自研芯片可以降低成本，自研芯片能夠讓云服務(wù)商在每個(gè)業(yè)務(wù)流程中做到效率與成本的最優(yōu)化。

此外，自己的芯片更適合他們的某些需求，與英特爾、AMD等廠商提供的現(xiàn)成芯片相比，具有成本和性能優(yōu)勢。

構(gòu)建自家的芯片能夠在各種層次上進(jìn)行更快的創(chuàng)新，提高安全性和靈活性，并提供更多價(jià)值。自研芯片可以控制項(xiàng)目的開始、進(jìn)度和交付的進(jìn)程；可以將硬件和軟件并行開發(fā)，并使用大規(guī)模的云來進(jìn)行構(gòu)建芯片所需的所有模擬。

在云服務(wù)上，自研芯片帶來的成本降低是巨大的。云服務(wù)頭部廠商基本定型之后，價(jià)格戰(zhàn)就成了拉攏新客戶留住老用戶的必經(jīng)之路，Arm服務(wù)器芯片帶來的高功效意味著他們可以推出定價(jià)更低的實(shí)例。

但設(shè)計(jì)能力、設(shè)計(jì)成本等多因素的取舍使得不少服務(wù)器芯片廠商開始選擇不同的技術(shù)路線，有的緊跟Arm Neoverse核心，有的則選擇了自研。

誠然是芯片獨(dú)立的需求，另一方面也來自用戶和技術(shù)。

定制自研芯片的核心目的并不是為了與傳統(tǒng)芯片廠商進(jìn)行競爭，而是來自用戶自下而上的需求：性能和成本。

目前，對(duì)于計(jì)算場景的應(yīng)用復(fù)雜程度已經(jīng)倒逼芯片處理性能的提升。多重負(fù)載，尤其是在機(jī)器學(xué)習(xí)方面，芯片性能直接制約了算法的應(yīng)用。

非常規(guī)芯片正成為算力不斷變化和競爭壓力下的選擇，通用的CPU和GPU難以滿足。

因此不少云廠商選擇在與芯片廠商合作的同時(shí)，開始根據(jù)自己特定的需求自研芯片，以達(dá)到最高程度的適配，從而提升整體的競爭實(shí)力。

自研云計(jì)算芯片成下一個(gè)爆發(fā)點(diǎn)

過去的十年間，信息的生成、處理和存儲(chǔ)方式發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。

面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的業(yè)務(wù)，急劇增長的用戶，脈沖流量讓傳統(tǒng)的IOE（IBM小型機(jī)、Oracle數(shù)據(jù)庫、EMC存儲(chǔ)）技術(shù)架構(gòu)捉襟見肘，解決算力不足的問題幾乎只能靠擴(kuò)大采購規(guī)模，搭建一套全新的技術(shù)架構(gòu)才是最優(yōu)解。

十多年前的云計(jì)算公司，最重要的任務(wù)是擴(kuò)大數(shù)據(jù)中心的規(guī)模，自研芯片有些遙不可及。

但有遠(yuǎn)見和抱負(fù)的云計(jì)算公司，那時(shí)起就邁上了通過自研解決問題的長路，從自己擅長的操作系統(tǒng)起步。

如今，云計(jì)算巨頭們的核心目標(biāo)已經(jīng)不再是業(yè)務(wù)擴(kuò)張的速度，深入底層技術(shù)，提高更具性價(jià)比和滿足差異化的需求成為新的目標(biāo)。

此時(shí)，AWS、阿里云等全球領(lǐng)先的云計(jì)算巨頭們又不約而同地將目光投向了能夠提升云計(jì)算性價(jià)比的云原生CPU。

在2022杭州云棲大會(huì)上，阿里巴巴公布了自研算力體系新進(jìn)展，其自研CPU倚天710已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心大規(guī)模部署，并以云的形式服務(wù)阿里巴巴和多家互聯(lián)網(wǎng)科技公司，算力性價(jià)比提升超30%，單位算力功耗降低60%，成為中國首個(gè)云上大規(guī)模應(yīng)用的自研CPU，實(shí)現(xiàn)算力攻堅(jiān)重大突破。

未來2年，阿里云20%的新增算力將使用自研CPU。

從芯片架構(gòu)來看，倚天710基于最新的ARMv9架構(gòu)，內(nèi)含128核CPU，主頻最高達(dá)到3.2GHz，能夠同時(shí)兼顧性能和功耗。

基于倚天710的云計(jì)算實(shí)例在數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)、視頻編解碼、AI推理等核心場景中的性價(jià)比提升30%以上，單位算力功耗（耗電量）降低了60%以上。

百度Apollo在近日舉行的Apollo Day技術(shù)開放日上，推出了新一代自研的云端通用芯片——昆侖芯二代AI芯片。

據(jù)了解，這顆芯片基于7nm工藝打造，配備GDDR6高速顯存，內(nèi)存帶寬可達(dá)512GB/s，采用新一代昆侖芯 XPU-R 架構(gòu)，通用性和性能顯著提升。

目前，該芯片已完成無人駕駛場景端到端適配。

在2018年，亞馬遜云科技發(fā)布了Arm架構(gòu)的Amazon Graviton處理器。

這是亞馬遜云科技自研、為云計(jì)算而設(shè)計(jì)開發(fā)的芯片。

2020年Graviton2發(fā)布，性能比第一代提升了 7 倍；2021年推出了第三代，性能比二代提升四分之一，浮點(diǎn)計(jì)算性能提高了兩倍。

今年，在re:Invent 2022大會(huì)上，亞馬遜云科技發(fā)布了Graviton3E。

這是針對(duì)高性能計(jì)算優(yōu)化的版本，面向機(jī)器學(xué)習(xí)浮點(diǎn)和矢量數(shù)學(xué)計(jì)算做了優(yōu)化，在 HPL 基線測試中，工作負(fù)載的性能提高35%。

基于Graviton3E芯片，亞馬遜云科技推出了面向高性能計(jì)算的HPC7g，適用于天氣預(yù)報(bào)、生命科學(xué)、工程計(jì)算等高性能計(jì)算場景，最多可以提供64個(gè)vCPU和128GiB內(nèi)存。

亞馬遜云科技是云廠商自研芯片的重要代表，大型云服務(wù)商為了實(shí)現(xiàn)差異化基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，都在向上游延伸。

該公司還推出新一代Nitro網(wǎng)絡(luò)芯片和Inferentia2機(jī)器學(xué)習(xí)加速推理芯片，均為專用芯片：Nitro網(wǎng)絡(luò)芯片用途接近近年流行的“DPU（數(shù)據(jù)處理器）”，用于處理海量數(shù)據(jù)；Inferentia2用于運(yùn)行大型深度學(xué)習(xí)模型，滿足AI計(jì)算需求。

當(dāng)算力作為新生產(chǎn)力的確定性被不斷驗(yàn)證，以阿里云、AWS為代表的云計(jì)算企業(yè)，正努力將對(duì)算力的主動(dòng)性，牢牢掌握在自己手中。

因?yàn)樗麄兩钪?，隨著新一輪科技變革的深入發(fā)展，只有掌握了核心技術(shù)，才能抓住未來技術(shù)的定義權(quán)。

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