十問解密：阿里自研倚天710云芯片
今天，阿里巴巴正式發(fā)布自研云芯片倚天710，這是阿里云推進(jìn)“一云多芯”策略的重要一步，也是阿里第一顆為云而生的CPU芯片，將在阿里云數(shù)據(jù)中心部署應(yīng)用。
會上，阿里云還推出了面向云原生時代的“磐久”自研服務(wù)器系列，首款搭載自研芯片倚天710的磐久高性能計算系列也同時亮相，該款服務(wù)器將在今年部署，為阿里云自用。
同時，阿里平頭哥宣布開源玄鐵RISC-V系列處理器，并開放系列工具及系統(tǒng)軟件。全球開發(fā)者可下載玄鐵源代碼，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(shù)支持和應(yīng)用服務(wù)。
下面就通過十個問題為各位深度解密這些重磅技術(shù)和產(chǎn)品。
?倚天710有何特點？
和2019年發(fā)布的AI推理芯片含光800不同，倚天710是一顆通用服務(wù)器CPU芯片。CPU是計算機(jī)系統(tǒng)最核心的單元，負(fù)責(zé)接收、處理、運(yùn)算計算機(jī)內(nèi)部的所有信息。
倚天710采用業(yè)界最先進(jìn)的5nm工藝，單芯片容納高達(dá)600億晶體管；在芯片架構(gòu)上，基于最新的ARMv9架構(gòu)，內(nèi)含128核CPU，主頻最高達(dá)到3.2GHz，能同時兼顧性能和功耗。在內(nèi)存和接口方面，集成業(yè)界最領(lǐng)先的DDR5、PCIe5.0等技術(shù)，能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。在SPECInt2017基礎(chǔ)測試平臺上，跑分達(dá)到440分，是性能最強(qiáng)的服務(wù)器芯片，超出業(yè)界標(biāo)桿20%，能效比優(yōu)于業(yè)界標(biāo)桿50%，能有效幫助數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排。
?研發(fā)這顆芯片最大的難點是什么？平頭哥做了哪些自研技術(shù)和創(chuàng)新？
CPU是半導(dǎo)體行業(yè)設(shè)計門檻最高的芯片之一，倚天710采用了很多最領(lǐng)先的技術(shù)，包括ARMv9、DDR5、PCIe5.0等等，同時也引入了許多自研技術(shù)。平頭哥從前端架構(gòu)設(shè)計到后端物理實現(xiàn)都是自研，既要克服工藝以及IP不成熟帶來的困難，又要針對云場景的獨(dú)特要求做定制化設(shè)計，技術(shù)上保障性能、功耗的均衡。
在前端設(shè)計方面，為解決核數(shù)眾多條件下的帶寬瓶頸，平頭哥對于片上互聯(lián)作出特殊優(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(kuò)展性，使單核高性能有效地轉(zhuǎn)化為整個系統(tǒng)的高性能。此外，通過新的系統(tǒng)地址到DRAM地址的轉(zhuǎn)換機(jī)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；在后端物理實現(xiàn)方面，靈活調(diào)度多達(dá)30種不同EDA軟件、深度定制時鐘網(wǎng)絡(luò)和定制IP技術(shù)，此外平頭哥還采用了先進(jìn)的多芯片堆疊技術(shù)，最后成功確保了芯片性能、功耗的優(yōu)化。
?5nm先進(jìn)工藝對芯片有何價值？對平頭哥的挑戰(zhàn)是什么？
芯片也可以稱為集成電路，其內(nèi)部是由大量晶體管組成的復(fù)雜電路，其中晶體管的柵極是最窄的線條，這個線條的寬度就代表了工藝的大小。工藝越小，單位面積所能容納的晶體管就越多，而芯片的性能也會越強(qiáng)，但這一數(shù)值越低，對技術(shù)的要求也越高。
在此之前，服務(wù)器芯片最先進(jìn)的工藝仍為7nm，倚天710率先實現(xiàn)了更高的工藝，是第一顆采用5nm工藝的服務(wù)器芯片，5nm工藝下的倚天710共容納了600億晶體管。5nm工藝對能量密度、芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布局有極高的要求，研發(fā)過程中我們靈活調(diào)度多達(dá)30種不同EDA軟件、深度定制時鐘網(wǎng)絡(luò)和定制IP技術(shù)，此外平頭哥還采用了先進(jìn)的多芯片堆疊技術(shù)，最后成功確保了芯片性能、功耗的優(yōu)化。
?該芯片對阿里云以及云上客戶有何價值？
性能、成本和功耗是云服務(wù)商及云上企業(yè)關(guān)注的核心，倚天710針對云場景的高并發(fā)、高性能和高能效需求而設(shè)計，將領(lǐng)先的芯片設(shè)計技術(shù)與云場景的獨(dú)特需求相結(jié)合，最終實現(xiàn)了性能和能效比的突破。此外，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)。2019年云棲大會問世的含光800已規(guī)模化部署于阿里云，基于這顆自研芯片的阿里云為云上企業(yè)提供了差異化選擇，目前已應(yīng)用于搜索推薦、視頻直播等場景。此次發(fā)布的倚天710將在阿里云數(shù)據(jù)中心部署，并逐步服務(wù)云上企業(yè)。
?從專用芯片走向通用芯片的研發(fā)，這對平頭哥來說意味著什么？
通用處理器芯片是數(shù)據(jù)中心最復(fù)雜的芯片之一，其架構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，對性能、功耗要求極高，截至目前具備這一技術(shù)實力的企業(yè)也寥寥可數(shù)，目前，Intel、AMD、AWS以及阿里平頭哥等少數(shù)公司在此之列。?
過去，平頭哥已積累了豐富的AI芯片及處理器IP設(shè)計經(jīng)驗，這是平頭哥突破通用芯片研發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)。對于平頭哥而言，倚天710芯片是首個通用服務(wù)器芯片，倚天芯片的研制成功，標(biāo)志著平頭哥已經(jīng)具備大型復(fù)雜芯片的研發(fā)設(shè)計能力，并進(jìn)入一流芯片公司的行列。
?相比其它企業(yè)，平頭哥研發(fā)芯片有何優(yōu)勢？
和絕大多數(shù)芯片企業(yè)不同，平頭哥的目的并非售賣芯片，已全面布局處理器IP、AI芯片、通用服務(wù)器芯片等技術(shù)。在處理器IP方面，平頭哥核心團(tuán)隊擁有十年以上的CPU IP和芯片研發(fā)經(jīng)驗，長期從事自研指令集架構(gòu)、CPU微體系結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)芯片產(chǎn)品的研發(fā)，累計開發(fā)了十多款玄鐵系列嵌入式CPU IP核，這些產(chǎn)品均已得到大規(guī)模量產(chǎn)的驗證，累計出貨量超過25億顆。在云端芯片方面，背靠全球前三的云平臺阿里云，平頭哥能深刻理解數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)場景和需求，因此能夠更高效地研發(fā)業(yè)界一流的芯片，目前，平頭哥已擁有含光800 AI推理芯片、倚天710通用芯片，這兩顆芯片均實現(xiàn)了性能的突破。
?阿里與ARM、Intel之間將保持什么樣的合作關(guān)系？
阿里云「一云多芯」和「做深基礎(chǔ)」的商業(yè)策略，目前阿里云已全面兼容x86、ARM及RISC-V等芯片架構(gòu)，此次發(fā)布倚天710，希望滿足客戶多樣性的計算需求，這款芯片不出售，主要是阿里云自用。我們將繼續(xù)與英特爾、英偉達(dá)、AMD、ARM等合作伙伴保持密切合作，為客戶提供更多選擇。
?目前平頭哥有哪些產(chǎn)品？
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(chǎn)品家族。其中，玄鐵系列為AIoT終端芯片提供高性價比IP；AI芯片含光800通過阿里云為人工智能場景提供極致AI算力；通用服務(wù)器芯片倚天710則通過阿里云為云上客戶提供差異化的頂級算力。
在此之前，平頭哥旗下玄鐵系列處理器出貨量已達(dá)25億顆；兩年前問世的阿里第一顆芯片含光800已實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，通過阿里云服務(wù)了搜索推薦、視頻直播等行業(yè)客戶。
?平頭哥為何開源玄鐵RISC-V系列處理器？
平頭哥堅持自研，同時也擁抱開源，特別是對于正在上升期的RISC-V架構(gòu)技術(shù)而言，只有更多的開發(fā)者和企業(yè)使用，才能共同推進(jìn)生態(tài)進(jìn)步，真正讓這一技術(shù)在芯片和操作系統(tǒng)等軟硬件層面實現(xiàn)繁榮，平頭哥也會從中受益。
同時，玄鐵RISC-V處理器系列開源，將持續(xù)提供技術(shù)和服務(wù)更新，幫助企業(yè)和開發(fā)者從開源中真正落地，走向商業(yè)成功，共同繁榮“云端一體”的AIoT生態(tài)。
阿里云智能總裁張建鋒表示，“經(jīng)過3年努力，我們今天又發(fā)布玄鐵RISC-V系列開源版。未來，我們將開源更多RISC-V處理器，也希望有更多的合作伙伴，在玄鐵基礎(chǔ)上研發(fā)出更多有價值的IP核和基礎(chǔ)軟件，共同構(gòu)建開放、透明和普惠的RISC-V生態(tài)。”
?阿里是否會堅持自研芯片，自研芯片對阿里巴巴有何價值？
平頭哥于2018年成立，過去三年已推出多款業(yè)界領(lǐng)先的芯片類產(chǎn)品，未來阿里巴巴會繼續(xù)堅持投入芯片的研發(fā)。
芯片是計算系統(tǒng)的核心，也是所有互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、創(chuàng)新科技的基礎(chǔ)。阿里巴巴集團(tuán)橫跨電商、物流、云計算、大數(shù)據(jù)、全球化等場景，擁有世界上最挑戰(zhàn)、最豐富的計算場景、網(wǎng)絡(luò)場景、機(jī)器學(xué)習(xí)場景，需要使用大量芯片，自研芯片能夠降低阿里巴巴集團(tuán)內(nèi)部整體計算的成本。與此同時，阿里云穩(wěn)居全球云計算廠商前三、亞太第一的位置，倚天710、含光800等自研芯片還可通過阿里云輸出給全社會，以更高的性能和更低的成本賦能更多的企業(yè)，讓企業(yè)隨時隨地可以享受到極致算力。
隨著“倚天”和“磐久”的面世，阿里云完善了全棧云基礎(chǔ)設(shè)施的最后一環(huán)，實現(xiàn)從芯片、部件到整機(jī)的技術(shù)及架構(gòu)創(chuàng)新和自研。
本屆云棲大會自19日至22日，除了主論壇的精彩發(fā)布，在這屆云棲大會中有96小時的“云棲數(shù)字谷”極致體驗，100+場的前沿論壇共創(chuàng)數(shù)字新思想、450+最新科技新品重磅呈現(xiàn)以及數(shù)字創(chuàng)新者的跨圈交流，歡迎參與這場技術(shù)盛會。
下載鏈接：ARM架構(gòu)參考手冊及文檔
ARM的體系結(jié)構(gòu)與編程.pdf
ARM架構(gòu)參考手冊.pdf
ARM架構(gòu)參考手冊ARM V9.pdf
CPU之戰(zhàn)：ARM vs Intel.pdf
免責(zé)申明：本號聚焦相關(guān)技術(shù)分享，內(nèi)容觀點不代表本號立場，可追溯內(nèi)容均注明來源，發(fā)布文章若存在版權(quán)等問題，請留言聯(lián)系刪除，謝謝。
電子書<服務(wù)器基礎(chǔ)知識全解(終極版)>更新完畢，知識點深度講解，提供182頁完整版下載。
獲取方式：點擊“閱讀原文”即可查看PPT可編輯版本和PDF閱讀版本詳情。
溫馨提示：
請搜索“AI_Architect”或“掃碼”關(guān)注公眾號實時掌握深度技術(shù)分享，點擊“閱讀原文”獲取更多原創(chuàng)技術(shù)干貨。
