云计算风向标：自研芯片重构云上算力

来源：极客公园

作者 | 北方

编辑 | 郑玄

2017年，网易游戏《荒野行动》出海日本。2018年，这款游戏在日本手游年度收入榜排名第四，为网易带来约25亿元收入。

这个游戏出海成功案例的背后，是稳定、响应快、能快速扩展的计算基础设施。在国内，网易往往自己建设计算基础设施；而在海外，则采用混合云。通过亚马逊云科技提供的基础服务，网易搭建了一个可以快速扩展的云基础架构，满足了海外游戏业务快速增长的要求。

同年，亚马逊云科技推出第三代自研的 Nitro 系统，可支持最多8个弹性网卡，将网络负载均衡分布到8个 CPU 内核上，计算资源的总利用率提升了一倍。使《荒野行动》云计算成本降低了四成；而通过使用 Amazon EC2 A1实例，音频语音服务和网络转发服务的云计算成本节省了一半。降低成本，提升效率，这是云计算的意义所在，而这还只是开始。

01

再次突破云技术边界

在2018年，亚马逊云科技发布了 Arm 架构的 Amazon Graviton 处理器。这是亚马逊云科技自研、为云计算而设计开发的芯片。2020年 Graviton2发布，性能比第一代提升了7倍；2021年推出了第三代，性能比二代提升四分之一，浮点计算性能提高了两倍。

Epic Games 的高级工程总监 Mark Imbriaco 说：「基于 Amazon Graviton3的 EC2 C7g 实例适用于最苛刻的延迟敏感型工作负载，同时能提供显著的性价比优势，并扩展了《堡垒之夜》内的可能性和任何虚幻引擎营造的体验。」F1赛车管理公司发现，C7g 实例比 Graviton2 C6gn 实例快40%；Twitter 认为基于 C7g 实例的性能比基于 Graviton2的 C6g 实例高出20-80%，同时还将尾延迟减少了35%。

今年，正在拉斯维加斯召开的 re:Invent 2022大会上，亚马逊云科技发布了 Graviton3E。这是针对高性能计算优化的版本，面向机器学习浮点和矢量数学计算做了优化，在 HPL 基线测试中，工作负载的性能提高35%。基于 Graviton3E 芯片，亚马逊云科技推出了面向高性能计算的 HPC7g，适用于天气预报、生命科学、工程计算等高性能计算场景，最多可以提供64个 vCPU 和128GiB 内存。

Graviton 并不是亚马逊云科技设计的第一块芯片。2013年，亚马逊云科技就推出了首颗自研的 Nitro 芯片，意在通过定制硬件，降低虚拟化的消耗，将更多服务器资源提供给用户。这是长期探索后的必然之举。2006年，亚马逊开始尝试提供云服务，起初使用基于 Xen 架构的虚拟化系统，但很快发现这种方式大概只能将七成服务器资源提供给用户，而且无法满足用户的稳定性和性能要求。

Nitro 系统的引入，提升了计算实例的安全、性能以及创新速度。亚马逊云科技在2017年推出了第三代 Nitro 芯片，2020年开始使用第四代 Nitro 芯片作为所有计算实例的基础。经过迭代，Nitro 系统提供输入/输出资源和管理功能，包括网络、块存储、安全与虚拟机管理等。

在今年的 re:Invent 2022大会上，亚马逊云科技高级副总裁 Peter DeSantis 发布了第五代 Nitro 系统，相比于前一代产品，晶体管数量比前一代增加了一倍，提供更高的计算性能，同时 DRAM 内存性能提升了一半，PCle 带宽提升两倍，降低约三成延迟，每瓦性能提高四成，网络转发性能提高六成。配备 Graviton3E 和新一代 Amazon Nitro v5的 C7gn 实例，比 C7g 网络带宽提升了一倍，每秒数据包转发性能提升50%，为网络密集型工作负载提供了超高的网络带宽、数据包转发性能和性价比。

「我们一直在创新。」Peter DeSantis 说，「在不需要牺牲安全的情况下，减少我们的成本，同时提高我们的性能，让客户应用获得更好的体验。」

至于网络，今年 re:Invent 大会上也公布了新的进展。Peter DeSantis 表示，相比于传统的 TCP 单路径路由网络，亚马逊云科技自己的 SRD（Scalable Reliable Datagram）协议使用了多路径路由，将「以微秒而不是毫秒」重新传输丢弃的数据包，并加速托管在亚马逊云科技上的网络。SRD 基于 Nitro 硬件调整和优化，其性能优于 TCP。亚马逊云科技推出了 ENA Express，以为 Elastic Fabric Adapters 提供支持的 SRD 协议为基础，与 TCP 相比，P99延迟减少了50%，P99.9延迟减少了85%，同时还将最大单流带宽从5Gbps 到增加到了25Gbps。

也许可以这样说：Nitro v5 + Graviton3E + SRD for Everything——亚马逊云科技再次突破了云技术边界。当计算能力提升了，资源限制减少了，网络性能提升了，那么接下来呢？

亚马逊云科技认为，云计算的未来，是 Serverless——无服务器技术。

「Serverless」这个术语最早出现在2012年发表在 ReadWrite 上的一篇文章中。作者 Ken Fromm 认为，Serverless 意味着开发人员不再需要考虑对基础设施资源的管理。通过消除后端基础设施的复杂性，Serverless 让开发人员将注意力从服务器级别转移到应用和任务级别。Serverless 意味着计算资源对开发人员透明，开发人员只要关注业务逻辑即可。

但是在当时，这个概念并没有掀起什么波澜。2014年，Amazon.com 首席技术官 Werner Vogels 博士在 re:Invent 全球大会上发布了 Lambda 服务，重新定义了云计算的 Serverless 化发展理念，这一概念才开始广为人知。至今，亚马逊云科技已累计发布了超过100款新的 Serverless 功能，活跃用户超过100万，同时每月的调用请求量超过100万亿次。

现在，Lambda 的改进依然在继续。长期以来，冷启动时间一直是对 Lambda 最大的优化需求之一。过去，借助 Firecracker MicroVM，已经可以将冷启动时间从几秒缩短到不到一秒，而在这次 re:Invent 大会上，亚马逊云科技宣布了新功能 SnapStart，通过创建客户 Lambda 函数快照，可将冷启动时间进一步缩短90%，几乎即用即开。

即需即用，按触发次数付费，不使用不付费；功能松散耦合，降低开发难度，提升开发敏捷性。对云计算的使用者和开发者来说，Serverless 看起来都是好选择。

02

Serverless 时代

已全面到来

北京时间11月30日，亚马逊云科技 CEO Adam Selipsky 的主题演讲开始了。这场演讲重点围绕数据、安全、计算性能和行业应用，旨在帮助云计算用户快速实现数字化转型。Adam Selipsky 认为，数据世界的方向是数据、数据分析、数据库、机器学习的结合，要真正了解数据流的全过程，从数据进入组织，到利用数据协作、共享、做决策，需要从端到端的视角认识数据。亚马逊云科技在正努力研究端到端的数据之旅，并在数据之旅的每一站都构建强大的功能和服务。

在这场演讲中，「Serverless」一直是个隐藏的关键词。毕竟，用户在面对越来越多的数据服务时，会更关注其易用程度，而非底层的基础设施。

Serverless 架构让应用开发更敏捷，并改进了性能和可扩展性，从而满足快速数据增长、多样化的数据源和数据模型。亚马逊云科技已经实现了数据的无感知自动化流转与一体化融合，并且帮助缩短人工智能相关应用的开发周期，帮助实现模型验证流程自动化。

在 Serverless 环境下，开发人员只需要编写云函数，设置好触发云函数运行的事件就可以了，对计算资源的管理工作完全由云计算提供商来承担：选择实例、部署、容错、监控、日志、安全补丁等等等等，都无需用户操心。而且，与传统云计算收费方式不同，Serverless 按照函数执行时间收费，而非按照预留的资源收费。这意味着更细粒度的管理方式，更低的成本支出。目前来看，Serverless 是开发新应用最快速的方式，也是总成本最低的方式。

亚马逊云科技已经从计算、存储、应用集成、数据库、数据分析、人工智能等多个服务领域全面推进 Serverless 进程，领跑完成了 Serverless 在云服务上的全面布局。在计算领域，有8年历史的 Amazon Lambda 是无需设置和管理服务器即可运行代码的计算服务，Amazon Fargate 是随用随付的计算引擎；在数据存储领域，最受欢迎的 Amazon Aurora 早在2018年就已推出 Serverless 版本；2012年上线的 Amazon DynamoDB 作为云原生的 Serverless 架构键-值数据库，能为用户提供了极高弹性、可用性和性能。除了这两款知名度较高的产品外，适用于低延迟高速处理的宽列数据库 Amazon Keyspace 和图数据库 Amazon Neptune 也同样有 Serverless 版本——事实上，亚马逊云科技已经有7款 Serverless 数据库引擎了。

而在数据分析领域，从久负盛名的 Redshift、大数据分析 EMR、流式数据管道 MSK 和数据引擎 Kinesis，到数据集成工具 Glue、数据查询工具 Athena，再到日志分析工具 OpenSearch 和商业智能服务 QuickSight Q，都已经实现了 Serverless 化。Adam Selipsky 在 re:Invent 大会的主题演讲中特别介绍了这一系列工具，这是行业中的首创，没有任何其他厂商做到——亚马逊云科技已经在数据分析 PaaS 领域实现了数据仓库、大数据平台、流式数据分析的 Serverless 化，将数据 Serverless 能力拓展到了全栈。

与此同时，不确定性的压力也在促使各行各业拥抱 Serverless：无论是大型多人在线游戏，还是领先的交通和汽车企业，亦或著名的消费品企业，都已经开始使用 Serverless 架构。利用 Serverless 带来的极致敏捷和高扩展性与低成本，来更好面对这个愈加不确定的世界。

Adam Selipsky 说：「亚马逊云科技目前已经提供了200多项云服务，但创新还远没有结束。亚马逊云科技会在构建新服务、深化现有服务的功能、整合不同服务三个方面不断投入。」

今天我们的世界已经分成了两个：一个是由原子构成，另一个则是由比特构成。两个世界同样真实，且我们正在越来越多地运用后一个世界来管理和影响前者。人们希望在数字世界更加自由，摆脱物理规则的束缚，而Serverless化是实现这样的未来的途径，也是亚马逊云科技正在努力的方向。