如果大家有關(guān)注各硬件廠商的新品發(fā)布活動(dòng)，可能會(huì)注意到這樣一個(gè)現(xiàn)象，比起普通消費(fèi)者，云計(jì)算廠商如今似乎對(duì)于更新硬件配置要熱心得多。許多時(shí)候，那些最新最強(qiáng)的處理器、加速器和存儲(chǔ)器件剛一發(fā)布，往往就會(huì)看到不止一家云計(jì)算廠商出來(lái) " 站臺(tái) "，并積極宣傳新硬件所帶來(lái)的性能提升。

為什么云計(jì)算廠商會(huì)普遍對(duì) " 新硬件 " 格外熱心？因?yàn)閷?duì)于云計(jì)算這種商業(yè)模式來(lái)說(shuō)，絕對(duì)的硬件性能提升就必然意味著可以用更短的時(shí)間去完成既定的計(jì)算量，從而能夠得到更多的設(shè)備 " 空閑 "，相當(dāng)于在原有的總時(shí)間內(nèi)可以應(yīng)對(duì)更多用戶需求。而能效比的上漲更是會(huì)帶來(lái)同等計(jì)算量下功耗的降低，從而直接拉低巨大規(guī)模機(jī)房的運(yùn)營(yíng)成本。

除了爭(zhēng)搶算力，自研芯片更是云計(jì)算廠商的重要選擇之一

當(dāng)然，除了 " 爭(zhēng)搶 " 最新的通用硬件之外，也有一些云計(jì)算廠商選擇 " 兩條腿走路 "、發(fā)力自研芯片方案。只不過(guò)縱觀整個(gè)云計(jì)算行業(yè)不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于 " 自研芯片 " 這件事，不同的企業(yè)似乎有著并不一致的目的。比如，有些企業(yè)雖然喜歡高調(diào)宣傳他們的 " 自研 " 項(xiàng)目，但在其真正提供的云計(jì)算實(shí)例中，幾乎沒有多少服務(wù)真的用到了這些 " 自研芯片 "。

而與之相映成趣的，則是已連續(xù) 13 年被 Gartner 評(píng)為戰(zhàn)略云平臺(tái)服務(wù)（SCPS）魔力象限 " 領(lǐng)導(dǎo)者 " 的亞馬遜云科技。歷數(shù)亞馬遜云科技如今的自研產(chǎn)品陣容不難發(fā)現(xiàn)，他們已經(jīng)擁有包括通用處理器 Graviton、AI 訓(xùn)練芯片 Amazon Trainium、AI 推理芯片 Amazon Inferentia，以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) Nitro 在內(nèi)的至少四大類自研硬件 / 芯片家族。

更不要說(shuō)，根據(jù)云成本管理和優(yōu)化平臺(tái) Vantage 的一項(xiàng)調(diào)查顯示，在實(shí)例類型的成本支出方面，在 2024 第一季度的 Amazon EC2 M7 系列通用實(shí)例類型上，采用 Graviton 的 M7g 系列已經(jīng)超過(guò)三分之一（34.5%）；到了 2024 年第二季度，在 Amazon RDS、Amazon ElastiCache 和 Amazon OpenSearch 托管服務(wù)所采用的實(shí)例類型中，Graviton 已經(jīng)超越了 Intel。

不難看出，作為持續(xù)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，亞馬遜云科技不只是擁有客觀上更多的自研芯片種類。更為重要的是，他們是真的將自研芯片投入到了主力云計(jì)算業(yè)務(wù)中，并已取得了客觀上的巨大成功。

從最初就開始 " 務(wù)實(shí) "，是亞馬遜云科技自研芯片的奧秘

那么，為何亞馬遜云科技不僅能夠自研硬件，而且可以讓自研硬件帶來(lái)云計(jì)算業(yè)務(wù)上的優(yōu)勢(shì)呢？要弄明白這一點(diǎn)，我們需要稍微做一些 " 歷史功課 "。

亞馬遜云科技的硬件自研之路始于 2012 年，并且從 2013 年就被確立為重要的業(yè)務(wù)策略，同年他們就研發(fā)出了第一款自研芯片 Nitro。

需要注意的是，Nitro 并非如今大家 " 喜聞樂(lè)見 " 的通用處理器或 AI 芯片，它本質(zhì)上其實(shí)是一個(gè)專用硬件系統(tǒng)，主要用于高性能網(wǎng)絡(luò)處理和虛擬化卸載。亞馬遜云科技之所以要優(yōu)先研發(fā)它，是因?yàn)樗麄冏⒁獾疆?dāng)時(shí)傳統(tǒng)的、基于軟件的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)程序?qū)⒋罅康?CPU 資源消耗在了網(wǎng)絡(luò)封包的卸載和加速操作上。而通過(guò)一款專用硬件系統(tǒng)去轉(zhuǎn)移這個(gè)負(fù)載，就可以將服務(wù)器的更多 CPU 算力解放出來(lái)、讓這些 CPU 性能能夠被更多客戶所使用。

是的，從這段歷史中就不難發(fā)現(xiàn)，基于真正現(xiàn)實(shí)的需求去進(jìn)行自研硬件的開發(fā)，是亞馬遜云科技一直以來(lái)的傳統(tǒng)。事實(shí)上，這一點(diǎn)不僅適用于已經(jīng)更迭了五個(gè)代次的 Nitro 系統(tǒng)，更在最新的 Amazon Graviton 4 通用處理器的研發(fā)過(guò)程中，也起到了極其重要的指導(dǎo)意義。

不同于目前行業(yè)中傳統(tǒng)的、以 " 跑分 ( 基準(zhǔn)測(cè)試 ) " 為指標(biāo)的處理器設(shè)計(jì)思路，Amazon Graviton4 是首個(gè)以實(shí)際工作負(fù)載為目標(biāo)設(shè)計(jì)的處理器。在研發(fā)過(guò)程中，亞馬遜云科技結(jié)合自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，首先設(shè)計(jì)了真實(shí)工作負(fù)載的雷達(dá)圖，將 CPU 微架構(gòu)的參數(shù)特性劃分為前端與后端，并各自細(xì)分為六項(xiàng)。再根據(jù)該雷達(dá)圖來(lái)衡量 CPU 設(shè)計(jì)過(guò)程中不同的細(xì)節(jié)，來(lái)優(yōu)化對(duì)最終實(shí)際云計(jì)算負(fù)載的效果。

正是在這樣的設(shè)計(jì)思路指導(dǎo)下，最終誕生的 Graviton4 處理器核心數(shù)量增加了 50% 以上，內(nèi)存帶寬比前代提升超過(guò) 75%。按照亞馬遜云科技方面公布的相關(guān)信息顯示，這款云計(jì)算專用處理器廣泛適用于高性能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、容器化應(yīng)用構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理等不同領(lǐng)域。而根據(jù)亞馬遜云科技在 Epic Games 的開源教學(xué)游戲 Lyra Starter Game 的測(cè)試來(lái)看，Graviton4 相比于前代帶來(lái)了超過(guò) 25% 的性價(jià)比提升，與 Intel Sapphire Rapids 和 AMD Genoa 相比，更是能夠帶來(lái) 30%~35% 的性價(jià)比提升。

自研芯片推動(dòng)服務(wù)性價(jià)比提升，更帶來(lái)可持續(xù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

當(dāng)然，除了強(qiáng)調(diào)芯片設(shè)計(jì) " 貼近實(shí)際場(chǎng)景 " 之外，亞馬遜云科技的許多自研硬件更是成為了其云服務(wù)性價(jià)比不斷攀升背后的重要因素。

例如，2020 年亞馬遜云科技推出了 Graviton2 處理器，它的計(jì)算性能比第一代提升 7 倍、內(nèi)存速度達(dá)到前代 5 倍。

2021 年 Graviton3 面世，它的浮點(diǎn)性能比前代翻倍，但更為重要的是與同期的其他 EC2 實(shí)例相比，它的功耗僅有 40%。

除此之外，2022 年亞馬遜云科技發(fā)布了 Inferentia 2 推理芯片。與前代方案相比，基于這顆新芯片的 Inf2 實(shí)例吞吐量提升 4 倍、延遲降低 90%，同時(shí)還有著 45% 的能效增長(zhǎng)。

緊接著在 2023 年，除了前面提到的 Graviton4，亞馬遜云科技還帶來(lái)了 Trainium2 芯片。這款 AI 加速芯片比它的前代快 4 倍，同時(shí)每瓦性能提升更是多達(dá) 2 倍。

這意味著什么？一方面縱觀亞馬遜云科技的歷史不難發(fā)現(xiàn)，自從 2006 年推出第一代公有云服務(wù)以來(lái)，他們至今已主動(dòng)降價(jià) 100 次以上，甚至有時(shí)降價(jià)幅度極其巨大。比如就在今年 10 月，亞馬遜云科技剛剛宣布將 Amazon DynamoDB 按需吞吐量的價(jià)格降低 50%、將全球表（Global Tables）的價(jià)格降低多達(dá) 67%。很顯然，這種持續(xù)、主動(dòng)的降價(jià)行為，很大程度是得益于了亞馬遜云科技貼近自身需求、且不斷進(jìn)步的自研硬件體系，并且由于硬件的能效比持續(xù)提升，他們的云服務(wù)自然有底氣既越做越好、越做越便宜。

另一方面，這種性能與性價(jià)比的雙重提升，也促使亞馬遜云科技可以實(shí)現(xiàn)一些規(guī)模驚人、難以被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手企及的性能水準(zhǔn)。比如在 AI 訓(xùn)練方面，EC2 UltraClusters 支持部署多達(dá) 100000 個(gè) Trainium2 加速芯片，以實(shí)現(xiàn)超算級(jí)別、高達(dá) 65exaflops 的算力水平。

甚至就連亞馬遜云科技自己，也受益于這種自研芯片所帶來(lái)的 " 性價(jià)比 " 和規(guī)模優(yōu)勢(shì)。此前亞馬遜云科技副總裁 Jeff Barr 曾展示了一張 Graviton4 開發(fā)時(shí)的實(shí)例集群快照，從中可以看到，他們充分利用自研處理器的規(guī)模優(yōu)勢(shì)，使用了多達(dá)數(shù)十萬(wàn)個(gè)內(nèi)核加速 EDA 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化流程，峰值規(guī)模為正常使用規(guī)模的 5 倍。而這種對(duì)于充足算力的盡情 " 揮霍 "，自然也從側(cè)面體現(xiàn)了亞馬遜云科技如今完善的自研芯片體系，給他們的業(yè)務(wù)所帶來(lái)的顯著性能、能效比，以及難以抗拒的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。