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云基础设施处理器CIPU（Cloud infrastructure Processing Units ），是阿里云为新型云数据中心设计的专用处理器，用于加速和管控计算资源，将替代CPU成为云时代IDC的处理核心。在这个全新体系架构下，CIPU向下对数据中心的计算、存储、网络资源快速云化并进行硬件加速，向上接入飞天云操作系统，管控阿里云全球上百万台服务器。
1、CIPU的三大特性：
- 网络：对高带宽物理网络进行硬件加速，通过建设大规模的eRDMA分布式高性能网络，实现RDMA技术的普惠化；
- 存储：对存算分离架构的块存储接入进行硬件加速，提供超高性能的云盘；
- 计算：快速接入不同类型资源的神龙计算平台，带来算力的“0”损耗，以及硬件级安全的加固隔离。
2、为什么要有CIPU？
过去十多年，云计算技术发展经历了两个阶段：
- 第二阶段诞生了资源池化技术，通过计算存储分离的架构，对资源统一的调度编排，提高云计算的可靠性和可用性。
这两个阶段都是以CPU为中心的计算体系架构，解决了部分计算的需求。但云上客户的需求发生了巨大的变化，就像内燃机发明之后，人类对载具速度的想象力从马车时代进入了汽车时代。
随着数据密集型计算越来越多，传统以CPU为中心的计算体系架构无法适应这一趋势：
第一，以CPU为中心的架构导致了计算和网络传输的时延大；
第二，大数据应用增多，导致数据中心内部数据迁移量增多，以CPU为中心的架构无法提供高带宽；
第三，管理的基础设施规模越来越大，阿里云在全球27个国家和地区、84个可用区管理着超过上百万台服务器，基于CPU为中心的架构无法解决超大规模的复杂管理问题。
为了解决以上问题，需要对数据中心内部的云计算体系架构进行改革创新，从以CPU为中心的体系架构进入以飞天操作系统+CIPU为中心的体系架构。
3、CIPU带来哪些改变？
基于CIPU和飞天操作系统的新一代云计算架构体系，无论是在分布式应用还是人工智能的场景测试中，都展现了优越的性能。
存储方面，通过全硬件虚拟化和转发加速，存储时延最低可至30us（PLX），IOPS高达300万，存储带宽可达200 Gbps，全面超越市面上所有云产品，云端能提供比本地更安全可靠且高性能的存储能力。
网络方面，基础带宽从100G升级至200G，VPC的PPS转发性能从2000万提升至4000万，网络时延从22us降低至16us，RDMA协议下更可低至5.5us。应用上云之后，比自建物理机的集群吞吐量提升了30%，业务高峰期延迟下降了90%。
计算方面，单容器虚拟化消耗减少50%，虚拟化容器启动速度快350%。主流通用计算场景下，Nginx性能提升了89%，Redis性能提升了68%、MySQL提升了60%。大数据和AI 场景下，AI深度学习场景训练性能提升30%，Spark计算性能提升30%。同时，神龙计算平台可以提前预测80%的硬件故障，并进行无感热迁移规避，从而实现了业界领先的高可用SLA。
4、一图看懂阿里云CIPU
附：阿里云的自研技术体系介绍
过去13年，阿里云自主研发了飞天云操作系统，并构建出自研芯片、服务器、计算、存储、网络等软硬一体的新型计算体系架构。
飞天是中国唯一自研云操作系统，将遍布全球的上百万台服务器连接成一台超级计算机，单集群可达10万台规模，千亿级文件数，EB级别存储空间。2018年，飞天获得中国电子学会15年来第一个科技进步特等奖。
在2021年11月发布的Gartner IaaS + PaaS 综合解决方案记分卡中，阿里云被认为是所有被评估的全球供应商中得分第三高的解决方案，在计算、存储、网络、安全等核心能力中，阿里云也均获得最高分。
- 一云多芯，发布第一颗CPU芯片倚天710
传统IT时代围绕芯片建立IT生态，但云计算从根本上改变了这一模式，云操作系统可以将服务器芯片、专用芯片等硬件封装成标准算力，无论底层芯片是X86、ARM、RISC-V还是硬件加速，给客户提供的都是标准的、高质量的云计算服务。
2021年9月，阿里云在云栖大会上发布了首款通用芯片倚天710。作为一款为云而生的芯片，倚天710针对云计算特点做了大量优化，性能超过业界标杆20%，能效比提升50%以上。
架构层面，倚天710采用最新ARMv9架构，多达128核，主频最高3.2GHz，可同时兼顾性能和功耗。同时，集成了业界最领先的DDR5、PCIE5.0等技术，能有效提升芯片的传输速率，并且可适配云的不同应用场景。
目前，倚天710已在阿里云数据中心内部规模化部署，并顺利支撑2021年双11等多个核心业务。今年4月，基于倚天710的公共云 ECS实例已上线邀测。
- 自研服务器&操作系统
阿里云在去年9月发布了自研的磐久服务器和龙蜥服务器操作系统。磐久服务器采用了最新型的模块化设计，可实现计算存储分离，包括了高性能计算系列、大容量存储系列、高性能存储系列等，拥有风冷、液冷等不同散热模式，服务器交付效率提升50%。
针对云原生时代容器化、微服务、持续交付等特点，磐久系列采用软硬件融合方式实现极致性能，结合自研的MOC、FIC、AliFPGA、神盾卡等，满足云原生的创新开发对性能和稳定性的机制要求。在多核技术加持下，磐久系列的计算性能、IO吞吐、能效比的表现都居于业界领先水平。
龙蜥定位于服务器端操作系统，支持 X86、ARM、龙芯(LoongArch)等多种芯片架构和计算场景，性能和稳定性经受住了历年双11的严苛考验，为云上典型场景带来40%的综合性能提升，故障率降低50%，兼容CentOS生态，支持一键迁移，并提供全栈国密能力。
- 计算层：神龙
为了解决服务器长久以来的虚拟化性能损耗的问题，阿里云自主研发了神龙架构。神龙与CIPU结合，可将虚拟化转移到专用硬件中进行加速，可将物理机的高性能与虚拟机的灵活性融为一体，虚拟化损耗几乎为零，性能比传统物理机更强劲，还可随时扩容，极大降低了客户的成本。神龙不仅解决了云上虚拟化性能损耗的痛点，更让云服务器的性能表现超越了传统物理机。
基于神龙弹性计算集群，无论是在分布式应用还是人工智能的场景测试中，都展现了优越的性能，例如Redis性能提升了68%、MySQL提升了60%。在应用上云之后，比自建物理机的集群吞吐量提升了30%，业务高峰期延迟下降了90%。高稳定性是算力作为基础服务设施的一个关键，在GPU服务器、CPU服务器和其他的异构服务器这些关键计算服务中，阿里云服务器的各项性能始终处于业界领先的水平。除此之外，神龙计算平台可以提前预测80%的硬件故障，并进行无感热迁移规避，从而实现了业界领先的高可用SLA。
- 存储层：盘古
盘古是阿里云自研的分布式存储系统，是阿里云底层的统一存储架构，采用了分布式系统先进的容错架构和柔性平台设计，具备弹性伸缩、自动负载均衡等能力，大幅提高了存储系统的可靠性和安全性，可支持块存储、对象存储、表格存储、文件存储、离线大数据处理等多种存储模式。
在云存储技术演进的过程中，盘古引领行业从毫秒级存储向微秒存储的时代演进，推动面向数据中心ZNSSSD国际标准的发展，与WD共同提出NVMeZNS国际技术标准（NVMe2.0），是目前云计算业内最为先进的软硬一体深度融合的分布式存储系统。目前已经围绕盘古系统获得发明专利超过190件。
今天，基于盘古系统，阿里云已建起全球最丰富的云存储产品家族，从公共云存储到混合云存储，从数据迁移到云上丰富的数据管理服务，为客户提供99.9999999999%的数据可靠性。全球部署规模已超100EB，凭借多层次防护、跨区域容灾等能力连续三年入选Gartner全球云存储魔力象限，被列为全球领导者地位。9月26日，盘古还入选了2021乌镇世界互联网大会·世界互联网领先科技成果。
- 网络层：洛神
洛神云网络是阿里云飞天云操作系统的核心技术平台，支撑起百万级的用户业务部署，让更多能够人体验到云计算带来的高效便捷服务；秉承“让网络更简单”的理念，提供了从万物上云网络、全球化网络到数据中心组网、应用交付网络覆盖用户云上网络全场景的产品和服务。
洛神云网络经历12年的快速发展，从1.0时代发布国内首个VPC，再到2.0时代打造了全球领先的“三位一体“（软硬一体，超强性能；伸缩一体，无限弹性；云网一体，极致服务）创新型云网络架构。
2021云栖大会上，阿里云重磅推出洛神云网络3.0新平台架构，主要特点包括：让中心云到本地云和边缘云都有一致性的云网络体验；通过全新的物联网云连接器和智能接入网关让万物都能上阿里云；全新升级的各类网元产品提升应用在云上的安全性和灵活性；全新发布的网络智能服务，为用户提供从规划到使用的智能助手；同时洛神云网络3.0也通过开放合作来赋能产业。
- 自研数据库
阿里自研的数据库起源于“去IOE”浪潮。2013年7月10日，淘宝核心系统中的最后一台Oracle数据库下线。这是“去IOE”非常重要的一个节点。经过三年的研发，阿里云于2017年9月发布了自主研发的云原生数据库PolarDB，并于2018年4月正式商用。
阿里云提供了国内最丰富的数据库产品，除了智能化的企业级云数据服务RDS之外，阿里云自研了面向不同核心应用场景的云数据库产品，形成了以PolarDB、AnalyticDB、Lindorm为核心的面向在线交易处理、分析与多模、HTAP、物联网等不同场景的云数据库产品矩阵，满足客户不同业务场景的需求。
作为阿里云自研数据库的明星产品，2021年，自研数据库PolarDB首次实现了内存与计算、存储的解耦，内存进一步池化，形成三层池化，使得弹性能力有数量级的提升。同时PolarDB还首次实现了多主架构，进一步提升可用性、并发处理、弹性能力，高效应对“双11”般的流量洪峰。
- 绿色数据中心
阿里云是国内最早实践绿色数据中心的厂商之一，目前阿里云自建的数据中心都已达到国家绿色数据中心标准，全年平均PUE小于1.3。
从阿里巴巴自身减碳实践看，近年来已经有一系列成果。2020年9月，阿里仁和数据中心落地杭州，成为国内首座绿色5A级液冷数据中心，同时也成为了全球规模最大的全浸没式液冷数据中心。相比传统数据中心，其PUE最低可以达到1.09，每年可省电7000万度，足够西湖周边所有路灯连续点亮8年；而阿里巴巴张北数据中心则成为行业首个碳普惠试点项目，获评“2020年国家绿色数据中心”。
