阿里平頭哥首款CPU芯片發(fā)布！5nm倚天710，128核單片600億晶體管，無人能與爭鋒

李根 魚羊 博雯 發(fā)自 云棲小鎮(zhèn)

量子位 報(bào)道 | 公眾號 QbitAI

倚天一出，誰與爭鋒？

5nm、單芯600億晶體管、128核、主頻3.2GHz……首戰(zhàn)跑分就超出業(yè)內(nèi)標(biāo)桿20%，能效比提升50%以上。

這就是阿里平頭哥半導(dǎo)體，在2021云棲大會現(xiàn)場交出的最新造芯成果。

取名倚天710，一顆自研云端芯片，刷新了Arm服務(wù)器芯片性能紀(jì)錄。

更重要的是，這也是阿里平頭哥成立以來，第一顆通用芯片。

以“生死看淡，不服就干”進(jìn)軍造芯3年來，平頭哥先后推出了處理器IP玄鐵910、AI推理專用芯片含光800，并且落到地商用。

但CPU，作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最核心單元，無論難度還是重要性，意義如何強(qiáng)調(diào)都不為過。

在專用芯片含光800發(fā)布時，阿里巴巴集團(tuán)CTO、達(dá)摩院院長張建鋒謙虛表示：這是平頭哥的萬里長征第一步。

而現(xiàn)在，隨著倚天710發(fā)布，通用芯片的成功拿下，毫無疑問標(biāo)志著平頭哥半導(dǎo)體來到了一個更大的里程碑節(jié)點(diǎn)——長征路上的艱難一役已被攻克。

同時，對于開啟商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)向硬科技轉(zhuǎn)型的阿里巴巴而言，亦是標(biāo)志性時刻。

倚天710，一顆怎樣的芯片？

一顆通用服務(wù)器芯片（CPU），負(fù)責(zé)接收、處理、運(yùn)算服務(wù)器計(jì)算機(jī)內(nèi)部所有信息，是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的設(shè)計(jì)難度最高的芯片之一。

但平頭哥出手，選定的就是最具挑戰(zhàn)的賽道。

倚天710采用業(yè)界最先進(jìn)的5nm工藝，單芯片容納高達(dá)600億晶體管；在芯片架構(gòu)上，基于最新的Arm v9架構(gòu)，內(nèi)含128核CPU，主頻最高達(dá)到3.2GHz。

內(nèi)存和接口方面，同樣集成業(yè)界最領(lǐng)先的DDR5、PCIE5.0等技術(shù)，可以有效提升芯片的傳輸速率、適配云的不同應(yīng)用場景。

在行業(yè)基礎(chǔ)測試平臺SPECInt2017上，跑分高達(dá)440，超出此前業(yè)界標(biāo)桿20%，首戰(zhàn)即巔峰。

而且性能巨獸還兼顧了功耗。

能效比相較業(yè)內(nèi)標(biāo)桿，實(shí)現(xiàn)了50%的優(yōu)化，在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，節(jié)能減排意義不言自明。

沒錯，數(shù)據(jù)中心、云服務(wù)，將是倚天710的最核心商用場景。

作為一顆高性能服務(wù)器芯片，倚天710針對云場景的高并發(fā)、高性能和高能效需求而設(shè)計(jì)，把最前沿的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)與云場景的獨(dú)特需求相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)了性能和能效比的突破。

比如云計(jì)算高并發(fā)條件下的帶寬瓶頸，倚天710就對片上互聯(lián)進(jìn)行了特殊優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過全新的流控算法，有效緩解系統(tǒng)擁塞，從而提升了系統(tǒng)效率和擴(kuò)展性。

這也是為什么倚天710一出，Arm賽道服務(wù)器CPU無人能與爭鋒關(guān)鍵原因。

Arm基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部全球副總裁鄒挺就表示：

阿里巴巴作為公有云的頭部廠商之一，為其他云服務(wù)提供商樹立了可以效仿的標(biāo)桿。

對Arm來說，平頭哥在服務(wù)器處理器倚天710芯片的研發(fā)成果無疑是一項(xiàng)重大的里程碑，同時也驗(yàn)證了Arm IP在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的產(chǎn)品路線圖以及每瓦性能的優(yōu)勢。

我們?yōu)槠筋^哥的技術(shù)團(tuán)隊(duì)感到高興，期待繼續(xù)與平頭哥和阿里巴巴在芯片設(shè)計(jì)、軟件應(yīng)用優(yōu)化以及生態(tài)孵化方面開展進(jìn)一步深入的合作。

但即便成果如斯，阿里云智能總裁、達(dá)摩院院長張建鋒，對倚天710強(qiáng)調(diào)更多的，還是客戶第一。

他說，倚天710的發(fā)布，是基于阿里云“一云多芯”和“做深基礎(chǔ)”的商業(yè)策略的結(jié)果，初心只是希望滿足客戶多樣性的計(jì)算需求。

所以也是在這種策略之下，倚天710不選擇對外出售，主要是阿里云自用，與自研AI推理芯片含光800一樣，以云服務(wù)方式實(shí)現(xiàn)價(jià)值輸出。

張建鋒還表示，將繼續(xù)與英特爾、英偉達(dá)、AMD、Arm等合作伙伴保持密切合作，為客戶提供更多選擇。

首款CPU如何煉成？

平頭哥不是上來就“敢”挑戰(zhàn)通用芯片的。

在倚天710之前，平頭哥先后交貨RISC-V處理器玄鐵910、首款專用芯片含光800，對于芯片設(shè)計(jì)和流片領(lǐng)域，已然不再是“新人”。

但即便如此，這也不代表可以輕而易舉跨越——專用芯片到通用芯片的技術(shù)鴻溝。

如果將專用芯片類比為人類負(fù)責(zé)某一項(xiàng)能力的神經(jīng)元，那么通用芯片，就好比大腦。

復(fù)雜性可見一斑。

所以哪怕半導(dǎo)體行業(yè)歷史已然不短，但全球范圍內(nèi)，掌握CPU打造能力的半導(dǎo)體公司，也屈指可數(shù)。

可以明確的是，CPU是半導(dǎo)體行業(yè)設(shè)計(jì)門檻最高的芯片之一。

具體到數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，其CPU同樣是業(yè)內(nèi)公認(rèn)最復(fù)雜的芯片之一，其架構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，對性能、功耗要求極高……

平頭哥交貨之前，全球只有Intel、AMD、AWS、華為等公司掌握這樣的技術(shù)實(shí)力。

如果再算上制程、封裝，以及性能和功耗，能者更加寥寥。

而平頭哥不僅干了，還一干就瞄準(zhǔn)頂級性能，擠爆牙膏，把服務(wù)器芯片帶進(jìn)5nm時代。

關(guān)于芯片的工藝，用其另一個名字“集成電路”，可以更好理解。

芯片，就是由大量晶體管組成的復(fù)雜電路，其中晶體管的柵極是最窄的線條，這個線條的寬度就代表了工藝的大小。

工藝越小，單位面積所能容納的晶體管就越多，而芯片的性能也會越強(qiáng)，但這一數(shù)值越低，對技術(shù)的要求也越高。

在此之前，服務(wù)器芯片最先進(jìn)的工藝仍為7nm，如果倚天710設(shè)計(jì)之初就定位7nm，可能會更穩(wěn)妥。

但如果要挑戰(zhàn)5nm，就得在能量密度、芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局等方面，有更多開創(chuàng)性的工作。

據(jù)說在研發(fā)過程中，平頭哥團(tuán)隊(duì)光EDA軟件調(diào)度就多達(dá)30多種，還度定制時鐘網(wǎng)絡(luò)和定制IP技術(shù)，此外采用了先進(jìn)的多芯片堆疊技術(shù)，就為確保了芯片性能、功耗的優(yōu)化。

為什么非要5nm？

回答是：沒得選。

平頭哥方面解釋，終端設(shè)備的寸土寸金，讓外界更容易理解制程工藝之于CPU的重要性。

但易于忽略的是，用于服務(wù)器的高性能CPU，同樣對制程工藝要求極高。

隨著算力需求突飛猛進(jìn)，對服務(wù)器CPU的性能要求也在水漲船高。

如果平頭哥選擇7nm，甚至退回10nm，不僅會導(dǎo)致面積上的增加，而且難于放下更多的Core……

另一方面，制程越先進(jìn)，芯片越小，運(yùn)營成本節(jié)省也會越多。

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，評價(jià)芯片有專門的重要維度叫TCO，即總擁有成本，所以數(shù)據(jù)中心芯片對于功耗異常敏感，更先進(jìn)的制程，會在7×24小時運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)營中，節(jié)省更多的電力成本。

所以在研發(fā)過程中，“潛在客戶”阿里云，就明確在性能、制程工藝和功耗方面，提出了更高的要求：

如果不能比現(xiàn)有方案更好，那就沒有升級的必要。

如果不能比現(xiàn)有方案更強(qiáng)，也缺乏升級的說服力。

從這個維度來說，不難理解平頭哥團(tuán)隊(duì)透露的“唯有最頂級才能生存”。

這不僅是自身產(chǎn)品能力的證明，更是平頭哥商業(yè)化、可持續(xù)經(jīng)營的題中之義。

與絕大多數(shù)芯片公司不同，平頭哥的模式并非直接芯片對外售賣，而是服務(wù)云端，以阿里云對外輸出，其最大客戶就是阿里云。

但也是這種原因，讓倚天710的首戰(zhàn)即巔峰，多少有點(diǎn)制度優(yōu)勢的意味。

因?yàn)楸晨堪⒗镌七@個全球前三的云平臺，平頭哥的云端芯片，從定義和設(shè)計(jì)之初，就比獨(dú)立供應(yīng)商更能深刻理解數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)場景和需求。

可以說是真正面向需求的芯片設(shè)計(jì)模式，最終追求的也是芯片即服務(wù)。

這也能解釋，不論是AI推理芯片含光800，還是服務(wù)器CPU倚天710，為何都能有如此矚目的性能提升。

不過值得注意的是，阿里平頭哥的芯片推進(jìn)，不光是這種性能上的縱深突破。

在本次云棲大會現(xiàn)場，另一則生態(tài)建設(shè)方向的軟進(jìn)展，同樣可能影響深遠(yuǎn)——

平頭哥方面正式宣布：開源玄鐵RISC-V系列處理器，并開放相關(guān)工具及系統(tǒng)軟件。

這也是發(fā)布玄鐵910等處理器IP后，平頭哥在RISC-V生態(tài)上的重要舉措，成為了系列處理器與基礎(chǔ)軟件的全球首次全棧開源案例。

在玄鐵910推出時，我們就介紹過“一個時代有一個時代的芯片”。

RISC-V架構(gòu)因其開放、靈活的特性，有望成為繼Intel x86、Arm后的下一代廣泛應(yīng)用的CPU架構(gòu)。

但當(dāng)前RISC-V架構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)也非常直接：應(yīng)用碎片化、開發(fā)效率低、軟硬件適配難等等。

歸結(jié)起來就是，軟硬件生態(tài)尚需更上一層樓。

而玄鐵開源，可謂穩(wěn)準(zhǔn)狠出擊，切中RISC-V生態(tài)發(fā)展剛需。

在AIoT領(lǐng)域中，平頭哥自研推出的玄鐵RISC-V系列處理器，覆蓋從低功耗到高性能的各類場景，支持AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等操作系統(tǒng)，并已成功應(yīng)用于微控制器、工業(yè)控制、智能家電、智能電網(wǎng)、圖像處理、人工智能、多媒體和汽車電子等領(lǐng)域。

目前出貨更是已超25億顆，擁有超150家客戶、超500個授權(quán)數(shù)，成為國內(nèi)應(yīng)用規(guī)模最大的國產(chǎn)CPU。

所以此時開源，生態(tài)拓展的目的，再明確不過。

而且對于觀察平頭哥，這同樣是一則意義明確的風(fēng)向標(biāo)注腳：

這家2018年成立的半導(dǎo)體公司，雄心和價(jià)值，不會止于哪款芯片本身。

倚天710之后，再看平頭哥？

時間重回3年前，依然是云棲大會。

那年阿里巴巴官宣造芯投入最大升級，成立平頭哥半導(dǎo)體公司。

外界都關(guān)注熱議“生死看淡，不服就干”的平頭哥精神，但對于阿里這次高調(diào)造芯的未來之路，并非沒有質(zhì)疑。

它是一個布局已久的決定。

從2016年阿里投資軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）芯片公司Barefoot，其后延展覆蓋AI芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片等領(lǐng)域，將翱捷科技、寒武紀(jì)、深鑒、耐能（Kneron）、中天微、恒玄科技等納入旗下。

同時達(dá)摩院中，組建起一支由半導(dǎo)體行業(yè)的工業(yè)界和學(xué)術(shù)界頂級專家組成的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，研究方向全面涵蓋系統(tǒng)架構(gòu)、計(jì)算技術(shù)、存儲技術(shù)以及芯片工程等核心芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，然后成立平頭哥后，率先在AI專用芯片領(lǐng)域取得成果。

但平頭哥的推進(jìn)，依然被認(rèn)為是一次過于大膽的跨界嘗試。

即便全球范圍內(nèi)，也還沒有哪家公司，能夠短短數(shù)年內(nèi)，完成專用芯片到通用芯片的跨越。

所以倚天710交貨，不僅是平頭哥已具備復(fù)雜大芯片設(shè)計(jì)能力的證明，也是阿里造芯標(biāo)志性一役。

如果說AI專用芯片含光800的發(fā)布，被視為萬里長征第一步。

那通用芯片倚天710，則表明阿里造芯的長征行軍，完成關(guān)鍵一役。

現(xiàn)在平頭哥交出的成果和芯片能力證明，足以躋身頂級半導(dǎo)體公司序列。

其次，這同樣也是22歲阿里巴巴的歷史性時刻。

在阿里內(nèi)部，2009年成立阿里云、啟動飛天操作系統(tǒng)，被看作探索前沿科技的開端。

然而過去10年來，阿里的成功，更多被認(rèn)為是商業(yè)上的成功、運(yùn)營上的成功，而不是科技實(shí)力上的成功。

直到2017年達(dá)摩院推出，包含AI、量子計(jì)算、自動駕駛、芯片和5G等前沿技術(shù)領(lǐng)域探索被明確，才讓人感知到商業(yè)巨頭面向硬科技轉(zhuǎn)身的強(qiáng)烈決心。

而平頭哥半導(dǎo)體，就是這種轉(zhuǎn)型努力的集大成者。

在最硬核、最底層的芯片半導(dǎo)體領(lǐng)域，從發(fā)布RISC-V玄鐵處理器，到發(fā)布AI芯片含光800、通用服務(wù)器芯片倚天710，平頭哥三年完成“三級跳”。

這種跨越并不容易，但正是這種難，方能證明前進(jìn)方向的必要性和正確性。

幸運(yùn)的是，阿里再次用成果說話，把相信變成了看見。

所以倚天710交貨，同樣也是阿里硬科技再上新臺階，從商業(yè)公司向硬科技公司轉(zhuǎn)身的標(biāo)志性時刻。

當(dāng)然，這甚至不止于阿里一家公司本身。

過去幾年風(fēng)風(fēng)雨雨里，中國在芯片領(lǐng)域面臨的客觀現(xiàn)實(shí)，震驚了所有人，教育了所有人。

中國最大的出口商品是什么？

品類有爭論。

但中國最大的進(jìn)口商品是什么？

答案有且只有一個：芯片半導(dǎo)體。

盡管在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，不同的力量正在快馬加鞭補(bǔ)足短板。

但高性能CPU市場，建樹有限，始終處于落后待供應(yīng)狀態(tài)。

而現(xiàn)在，5nm倚天710一出，局面得到根本性扭轉(zhuǎn)，在高性能服務(wù)器芯片領(lǐng)域，新的標(biāo)桿和燈塔，日出東方。

這或許也是阿里平頭哥團(tuán)隊(duì)，將這款芯片以倚天來命名的原因。

有意思的是，自交貨以來，平頭哥團(tuán)隊(duì)就選取中國上古和武俠中的“神兵利劍”成為每一款產(chǎn)品的江湖代稱。

玄鐵是“重劍無鋒，大巧不工”的處理器IP。

含光是“視不可見，無往不利”的AI專用芯片。

而倚天……首款CPU芯片。

倚天一出，誰與爭鋒？！

— 完 —

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