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阿里巴巴“芯”路的跳跃与开源

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在今年阿里的云栖大会上,芯片是焦点。阿里巴巴旗下半导体公司平头哥发布了自研的5nm服务器芯片倚天710,这是平头哥发布的第三颗芯片;同时平头哥还宣布开源自研的四款玄铁RISC-V系列处理器,并开放系列工具及系统软件;紧接着蚂蚁链发布首款自研区块链安全芯片,该芯片搭载平头哥玄铁高性能处理器核心。三年时间,平头哥完成了从处理器IP、AI芯片到通用服务器芯片的“三级跳”,阿里的“芯路”与“芯途”、互联网企业的“芯路”,再受关注。

不卖芯为何要做倚天710?

与前两次发布的处理器IP、AI芯片不同,此次平头哥新发布的倚天710是通用服务器芯片,其亮点在于它是业界第一颗采用5nm工艺的服务器芯片,也是目前业界性能最强的ARM服务器芯片。

具体来看,倚天710基于最新的ARMv9架构,内含128核CPU,主频最高达到3.2GHz,单芯片容纳高达600亿个晶体管。在全球权威CPU基准测试集SPECint2017上,倚天710的分数达到440,超出业界标杆20%,能效比优于业界标杆50%以上。

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众所周知,通用服务器处理器是整个半导体行业皇冠上的明珠,是最复杂的芯片之一,其技术之难、架构之复杂,使得能够拥有该领域技术的企业寥寥。所以当阿里做出业界性能最强的5nm服务器芯片,而且是基于ARM架构时,必然会引发诸多疑问与猜测。

疑问一:阿里为何选择ARM,是要挑战x86与英特尔闹掰的节奏吗?

目前,数据中心服务器处理器指令集以x86为主流,按照IDC的数据,今年第二季度,x86占据整个服务器市场超过90%,其中英特尔又是x86服务器芯片的绝对主宰者,其市场占比超过90%,阿里云也是英特尔服务器芯片的大客户。

最近服务器市场的指令集江湖有了一些微妙变化,三年前ARM推出了专为超大规模云数据中心而生的新CPU架构Neoverse,因为更优的性能与功耗优势,吸引了越来越多的实力玩家包括亚马逊、华为、英伟达等加入ARM阵营,纷纷研发基于ARM架构的服务器芯片,在这样的背景下,阿里平头哥也启动了ARM通用服务器芯片的研发。

阿里云智能总裁、达摩院院长张建锋在接受媒体采访时表示:“目前主流服务器厂商均采用了x86架构芯片,x86芯片在阿里云的数据中心也是主流。自研ARM架构芯片,和亚马逊类似,有长期的战略考量。”张建锋同时也喊话,阿里自研服务器芯片,并不打算向第三方供货,只是自用,倚天710只是阿里云“一云多芯”战略的一部分,阿里会继续与英特尔、英伟达、AMD、ARM等合作伙伴保持密切合作。

疑问二:自研芯片是一件费钱费力的事,仅靠阿里云自用,芯片研发的收支能平衡吗?有必要一开始就上工艺制程的“顶配”5nm吗?

市场研究机构International Business Strategies (IBS)的数据显示, 28nm芯片的工艺成本为0.629亿美元, 5nm芯片的工艺成本将增至4.76亿美元,芯片的工艺成本是随着工艺节点往前推进而不断暴涨。

据业内知情人士透露,阿里平头哥立项倚天710之时,是边招团队边上项目的。其他厂商皆选择7nm工艺进行设计,因7nm制造工艺成熟且已量产。但平头哥团队还是选择了充满不确定性、挑战更大的5nm“顶配”入手,而且ARM新核也未发布,平头哥是拿着新核与ARM一起联手“摸着石头过河”。而一旦趟过这条河,就可以用2~3年的时间站到全球芯片的第一阵营,这样冒险上“顶配”,值得。

张建锋坦言,今年7月,倚天710进行了首次流片。初期测试相关指标超预期,但还需进一步测试、验证,才可量产使用。“倚天710服务器芯片从立项、流片过程到未来量产,阿里云要解决的问题不少,这也是之后的重点。”张建锋说。

阿里有必要自研云服务器芯片吗?答案是当然必要。“自研服务器芯片与阿里云后续发展潜力有莫大关系。”张建锋说。眼下,云计算头部厂商包括亚马逊AWS、微软Azure都自研云服务器芯片,通过自研芯片软硬紧密优化获得更高效能已是云计算业内共识。而且这些云巨头的超大规模的数据中心每家都有着超过百万台的服务器,业内资深人士给出的采购数字是“以100万台服务器的体量计算,CPU芯片成本是十亿美元到几十亿美元”。

中科院计算所副所长包云岗认为,阿里此举标志着国内互联网企业开始步入自研数据中心服务器芯片的时代,未来将会有越来越多的互联网企业推出自己的芯片,这种趋势将会给CPU芯片产业带来新变革。事实上,英特尔新CEO也早就意识到这一点,推出IDM 2.0计划,就是基于未来芯片将越来越定制化的判断,某种程度上IDM 2.0也是英特尔的自我革命。

玄铁开源之后钱从哪里赚?

这次阿里云栖大会的另一个焦点是玄铁RISC-V系列处理器开源。10月19日,张建锋宣布旗下平头哥半导体自研的四款玄铁RISC-V系列处理器开源,并开放系列工具及系统软件。

RISC-V被认为在未来将与x86、ARM三足鼎立,相比x86和ARM的封闭架构,RISC-V架构的开放、指令精简、模块化、可扩展、开源等优点正赢得越来越多的产业支持者。根据Semico Research预测,到2025年,RISC-V CPU内核的出货量将达到624亿个,2018—2025年复合年增长率高达146.2%。

RISC-V前景看好,但距离真正商业成功仍然需要产业界更多努力。前英特尔全球副总裁、中国研究院院长方之熙认为,只有基于RISC-V架构的半导体公司收入能够进入全球半导体公司排行榜前20名,才能称RISC-V取得了商业上的成功,现在还没有。

有人说,这两天关于RISC-V,业界有不少利好消息。一方面英特尔对于RISC-V创业公司siFive的收购谈崩,原因有说财务没有谈妥,也有称如何将SiFive集成到英特尔的技术路线上没有达成一致等。无论什么原因,这对于中国发展RISC-V应该是利好。而阿里宣布开源玄铁RISC-V系列处理器,对于RISC-V产业是又一大利好。

眼下RISC-V的发展进入瓶颈期,生态未成熟,是很多存量市场的企业选择ARM架构的关键原因,而生态的生长需要时间,需要更有力的产业加持。

平头哥半导体副总裁孟建熠在接受媒体采访时坦言:“对于RISC-V这种开放型的架构,需要新的相比传统授权更加开放的模式,才能更好地支持创新。通过过去几年的发展,我们也感觉到,自己来推动RISC-V这个架构的力量还是远远不够的。所以我们希望今天把它开放出来之后,让大家能够在这个上面做自己软硬件的适配,这有助于RISC-V架构往更深层次的创新演进,给整个产业带来更大的收益。”

事实上平头哥对于RISC-V的开源并非从今天开始,在2019年阿里平头哥正式发布首款RISC-V处理器玄铁910之时,阿里就宣布了“普惠芯片”计划,即平头哥将全面开放玄铁910的IP Core,全球开发者可以免费下载该处理器的代码,在其基础上快速开展芯片原型设计和架构创新。现在,平头哥用三年多的时间,完成了从玄铁RISC-V CPU IP核,到基于玄铁的MCU设计平台,到基于玄铁CPU的开发板,再到开源EDA工具及系统软件的全栈式开源。

包云岗认为,平头哥开源四款玄铁RISC-V处理器,是一件意义重大的事。玄铁系列开源处理器与香山在开发模式和性能上存在很好的互补,未来将会一起推动RISC-V开源处理器的生态建设,而且未来还会有越来越多企业参与到开源芯片生态建设中。

RISC-V的生态生长仍需时日。“RISC-V要进入其他市场,目前最大的问题是,没有构建出一个上层的软件生态,这个是必须补的课,补完课之后还要创新,才能够有机会。”孟建熠说。今年1月,平头哥成功在玄铁RISC-V硬件上运行了安卓系统,并将相关代码进行了开源,这意味着RISC-V有望进入移动市场。

平头哥把RISC-V的工具、开发板、系统软件开源很好理解,现在平头哥把RISC-V CPU IP核也开放了,以后靠什么赚钱呢?孟建熠认为:“对于一家普通的IP公司来说,所有的回报都需要从IP授权来。但对于整个阿里体系来说,我们则需要从整个云端一体的大生态来看。我们认为开源玄铁处理器有利于这个大生态,我们就会开源。投入不是问题,我们现在投入那么大,所以也不会以传统IP厂商的思维来考虑。阿里有着强大的生态基因,很多事情是从塑造和影响生态作为出发点考虑的。我们的生态就需要更多定制化的、普惠的芯片,进一步推动云端一体的生态繁荣。”

从倚天710问世到玄铁RISC-V系列处理器开源,阿里平头哥此举释放出诸多信息。一是国内互联网公司正在不断向硬核科技、向“芯”进行推进。事实上不仅仅是阿里在强“芯”,包括百度、腾讯、字节跳动等都在强“芯”,成立芯片公司、组建芯片团队。今天的通用芯片越来越难以满足互联网公司巨大而丰富的应用场景需求,需要更定制化的芯片来进一步满足其个性化的需求。定制化正在成为芯片发展的一个新趋势。

二是关于如何造芯。从技术的维度看,要敢于“问鼎”。阿里倚天710选择“顶配”立项,按照顶配组建技术团队,与合作伙伴从未来“新核”切入,最后的结果是通过2~3年,能够快速进入能力第一梯队。从产业与商业的维度看,要敢于“放弃”短期利益,从生态与平台的思维来重新思考芯片发展逻辑。阿里开源玄铁RISC-V系列IP核,意味着最后靠芯片IP赚钱的底线也放弃了,但此举能够加速RISC-V生态的发展和成熟,而对于一家云计算厂商、一家互联网平台厂商来说,还有更大赚钱机会在后面。就像前几天蚂蚁链发布的首款自研区块链安全芯片,就是在玄铁基础上的“衍生品”,玄铁的价值通过区块链服务释放了,而这仅仅是玄铁释放价值的一个维度。在一起皆服务的未来时代,有很多模式需要将来给出答案。

责任编辑:赵强


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