2023第五期科技趋势推荐——软硬融合云计算体系架构
2023-12-04
软硬融合云计算体系架构
云计算面向以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的同时，带来云上应用的全面加速[1]。
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。[1]
近年来，随着数字化转型的逐步深入，商业银行纷纷引入云原生技术来强化服务能力。其中，依靠CPU计算核心的云计算平台作为底层驱动力，为包括分布式存储、软件SDN等在内的一系列应用提供了算力支撑。然而，在多元化计算芯片不断发展的趋势下，现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等计算核心在特定场景中的性能比CPU更加强大，并可在特定领域配合特定硬件共同驱动计算、存储等功能从而打破了基于传统硬件框架的算力瓶颈，推进实现硬件云原生。与此同时，在操作系统层面同样可以利用实现远端内存直接读写(RDMA)、网络加速(DPDK)、存储加速(SPDK)等特定硬件支持的软硬协同技术进一步降低系统性能损耗，挖掘极致性能。[2]
CPU指中央处理器，它的规格决定了一台服务器工作效能的高低，当前的云计算基于以CPU为中心的体系架构，以软件定义的方式进行优化，在数据量暴涨的情况下已然触及瓶颈。CIPU则是指云基础设施处理器，它能通过特定的操作系统，将阿里云在全球的200多万台服务器变成一台超级计算机，为客户提供更高性能、更低价格、更可靠的云计算服务。一家小店的运营能力再怎么提高也有限度，两百万家小店高效协同之下，运营能力的提升可想而知。可以说，CIPU从源头再造了云计算全新发展路径，这种回归源头突破瓶颈的方式，与整个现代科技的发展路径不谋而合。[3]
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。[1]
近年来，随着数字化转型的逐步深入，商业银行纷纷引入云原生技术来强化服务能力。其中，依靠CPU计算核心的云计算平台作为底层驱动力，为包括分布式存储、软件SDN等在内的一系列应用提供了算力支撑。然而，在多元化计算芯片不断发展的趋势下，现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等计算核心在特定场景中的性能比CPU更加强大，并可在特定领域配合特定硬件共同驱动计算、存储等功能从而打破了基于传统硬件框架的算力瓶颈，推进实现硬件云原生。与此同时，在操作系统层面同样可以利用实现远端内存直接读写(RDMA)、网络加速(DPDK)、存储加速(SPDK)等特定硬件支持的软硬协同技术进一步降低系统性能损耗，挖掘极致性能。[2]
CPU指中央处理器，它的规格决定了一台服务器工作效能的高低，当前的云计算基于以CPU为中心的体系架构，以软件定义的方式进行优化，在数据量暴涨的情况下已然触及瓶颈。CIPU则是指云基础设施处理器，它能通过特定的操作系统，将阿里云在全球的200多万台服务器变成一台超级计算机，为客户提供更高性能、更低价格、更可靠的云计算服务。一家小店的运营能力再怎么提高也有限度，两百万家小店高效协同之下，运营能力的提升可想而知。可以说，CIPU从源头再造了云计算全新发展路径，这种回归源头突破瓶颈的方式，与整个现代科技的发展路径不谋而合。[3]
基于CIPU和飞天的新一代云计算架构体系，在通用计算、大数据、人工智能等核心场景的计算测试中展现了优越的性能。在通用分布式计算领域，Redis性能提升了68%、MySQL提升了60%，Nginx提升了30%；高吞吐类的互联网业务上云之后，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%；在大数据和AI等计算与数据双密集场景下，相比传统的TCP网络，弹性RDMA高性能网络的吞吐能力提升30%以上；云原生方面，容器启动速度快了350%；在Serverless场景下6秒可拉起3000个弹性容器实例。[4]
注释：
[1].达摩院：2023十大技术趋势.[EB/OL].[2023-04-04].
https://damo.alibaba.com/techtrends/2023
[2]魏亮.软硬协同：裸金属服务器新加速[J].中国金融电脑,2021,No.387(10):78-81.
[3]金德路.CIPU面世，云计算将指向何方?[J].大数据时代,2022,No.64(07):38-44.
[4]阿里云发布云数据中心专用处理器CIPU，替代CPU成为新管控加速中心[J].世界电子元器件,2022(06):41-42.
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