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下一个十年,云计算重构硬件形态

当全世界的IT从业者都在担心摩尔定律终结,算力缺少增长空间的时候,云计算出现在了大家眼前 。 2019年,全球云计算市场总额突破1000亿美元大关,正式进入千亿时代 。 国外的亚马逊、微软,中国的阿里云,都在非常大的体量上保持高速的增长 。 可以遇见,未来云计算市场仍然有非常大的增长空间,摩尔定律还没终结,但是云计算时代的先到来了 。
云计算的底层其实是虚拟化技术,这最早在1974年的一篇论文中被提出 。 可以说,虚拟化技术是云计算的核心思想,但是虚拟化技术同样也是很多人不看好云计算的原因 。 归根结底,虚拟化的开销太大了 。 我们平时的电脑都是有处理器、内存、硬盘等资源 。 云计算平台通过虚拟化技术,把处理器、内存、磁盘等资源进行池化,从而提升资源的利用率 。 比如我们购买阿里云的ECS产品,一个1核心的实例,我们并不是真正获得了一个处理器核心,而是一个虚拟的处理器核心 。 这个虚拟的处理器核心是虚拟化以后的处理器 。 虽然虚拟化有各种各样的好处,但是虚拟化的开销如果太大,这一切可能得不偿失 。
1997年,一位斯坦福教授创立了著名的VMWare公司,通过一系列先进的虚拟化技术,把虚拟化从理论转入到了现实 。 但是用过虚拟机的很多同学可能都知道,虚拟机实在是太卡了 。 而卡顿背后的原因,就是因为虚拟机底层的虚拟化技术消耗 。 举个例子,2.5GHz主频的处理器虚拟化之后可能只相当于1GHz的主频 。 除此之外,多个用户在共享资源的时候,如何保证安全性、公平性,也是云计算平台必须要考虑的问题 。
而对于这些问题阿里云给出的答案,就是自研神龙架构,专门为云计算推出的、软硬件一体的虚拟化方案 。 在彻底解决虚拟化损耗的前提之下,实现了虚拟机的弹性体验 。
在芯片的发展史上,出现过很多路线之争 。 从CISC架构和RISC架构之争,再到IA64、AMD64之争,还有多核与高频之争 。 每一次硬件演进的路线,往往都是由硬件本身出发,最后再回到硬件中去,核心思想还是硬件本身的性能 。 但是随着摩尔定律逐渐终结,芯片性能发展已经无法满足大家的需求,同时上层软件越来越多元 。 云计算开始接过摩尔定律的接力棒,继续为大家提供算力 。 但是传统基于软件优化的虚拟化技术,其虚拟化开销太大,难以延续摩尔定律 。 而神龙的出现,实现了上层应用对下层硬件的主导,通过软硬件一体化的虚拟技术,实现了硬件性能和功能的演进 。 这可以说是一个划时代技术,甚至可以说,未来不再是软件围绕着芯片转,而是芯片要围绕着云计算转,摩尔定律的接力棒放心交给了云计算 。
神龙的原理就是通过FPGA、ASIC等硬件卸载,把虚拟化过程中很多消耗比较高的算法进行专用硬件加速 。 这样的话,CPU资源就可以专心做计算,无需关注虚拟化开销,从而实现物理机的高性能和云计算的高弹性,实现几乎可以忽略的虚拟化开销 。 除此之外,在资源隔离、数据安全等方面,神龙架构的可靠性都远高于传统的虚拟化方案 。 和十年前相比,阿里云的ECS网络性能提升了50倍,存储性能提升了2000倍 。 神龙架构延续了摩尔定律,并且在摩尔定律的基础之上,进一步挑战了算力的上限 。
阿里云的技术创新,带来的不仅仅是性能的提升、成本的降低,更重要的是重构了整个行业的生态,为未来的软硬件的演进提供了一个新的思路 。 未来软件和硬件不再是分离的两个模块,而是紧密结合、交替演进,这是一个划时代的进步 。 过去,芯片、操作系统、上层应用是由不同的厂商提供的,大家会设定一定的标准接口来实现不同层面的兼容性 。 这样做一个坏处,是很难实现跨层次的系统优化 。 有时候软件搞不定的优化,也不得不用软件来解决,因为软件开发者无法左右硬件开发者的技术路线 。 而阿里云的思路是,打通软件和硬件的隔阂,软件搞不定的就让硬件去解决,硬件搞不定的就交给软件,一下子扩展了无数的可能性 。 阿里云去年的双十一靠着神龙架构,支撑了100%的双十一核心系统,说明这种技术演进路线,是有着非常大的潜力和上限的 。


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