1900年，倫敦阿爾伯馬爾街皇家研究所，德高望重的開爾文勛爵在這里進(jìn)行了一場演講。這篇演講名為《在熱和光動(dòng)力理論上空的19世紀(jì)烏云》。開爾文勛爵概括說”十九世紀(jì)已將物理學(xué)大廈全部建成，今后物理學(xué)家的任務(wù)只是修飾和完善這座大廈“。

開爾文勛爵指出“雖然大廈已經(jīng)建成，但是晴朗的天空還存在兩朵小小的烏云”——這就是開爾文所預(yù)言的“兩朵烏云”。但是他沒想到的是，就是晴朗天空上兩朵小小的烏云，不斷升級演化成巨大的風(fēng)暴。正是這兩朵烏云，打破了經(jīng)典物理的大廈，建立了近代物理學(xué)的兩大支柱：量子力學(xué)和相對論。

當(dāng)前，構(gòu)建在X86基礎(chǔ)上的云計(jì)算帝國，基石穩(wěn)固，四海升平。但是天空也有兩朵小烏云。而這兩朵“小烏云”是對云計(jì)算的未來架構(gòu)的疾風(fēng)驟雨的改變，還是波瀾不驚的小插曲，誰也不能確定；但是確定的，對于想要在x86的云計(jì)算帝國領(lǐng)域圖謀一席之地的芯片行業(yè)從業(yè)者來說，這兩朵烏云可能是難得的機(jī)會(huì)。

01

云計(jì)算的夢想

2006年8月 San Jose，Search Engine Strategies (SES). 搜索引擎大會(huì)在這里舉行，昂貴的門票并沒有阻擋參會(huì)者的熱情，一場又一場的演講展示著這些行業(yè)大神們的智慧和對未來方向的思索，其中谷歌的創(chuàng)始人施密特做了主題演講，就在這場演講中，他提出了云計(jì)算（Cloud Computing）的概念，云計(jì)算的提出，讓人們像使用水，電，氣一樣來使用計(jì)算的服務(wù)。

現(xiàn)在人們可能已經(jīng)習(xí)以為常在日常的使用云計(jì)算的服務(wù)，但在當(dāng)時(shí)，這個(gè)概念一經(jīng)提出，就引起了業(yè)界的軒然大波；不少人都認(rèn)為是一種餿主意。還有很多人認(rèn)為，一種“舊瓶裝新酒”想法，這不過是IBM的大型機(jī)的新應(yīng)用而已；信息社會(huì)已經(jīng)從大型機(jī)到PC（個(gè)人電腦）時(shí)代，再從PC到云計(jì)算時(shí)代，讓人有一種技術(shù)輪回的錯(cuò)覺；如果當(dāng)時(shí)有自媒體，估計(jì)會(huì)這樣寫《云計(jì)算，是架構(gòu)的扭曲還是技術(shù)的淪喪》。

如果把云計(jì)算看作一座大廈，那么這個(gè)大廈建筑在什么樣的計(jì)算架構(gòu)之下，不同廠家肯定看法各異；但在當(dāng)時(shí)，RISC的服務(wù)器特別是IBM的POWER和SUN的SPARC，都野心勃勃，想要在云計(jì)算的時(shí)代大顯身手。

2006年召開的“ISSCC”國際固態(tài)電路會(huì)議上，IBM宣讀關(guān)于Power6的論文，實(shí)現(xiàn)5GHz的超高頻率，即使今天來看，這個(gè)指標(biāo)也是領(lǐng)先整個(gè)時(shí)代的。

同樣是在2006年，Sun在發(fā)布UltraSPARC的前兩款產(chǎn)品是Sunfire T1000與SunfireT2000，這些產(chǎn)品的問世，對于剛剛開始構(gòu)建的云計(jì)算大廈來說，預(yù)示著一個(gè)光明的前景和堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；而intel也這同一年進(jìn)入65納米制造工藝，并推出了新一代至強(qiáng)處理器；云計(jì)算帶來了新的一輪基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)熱潮，為這對戰(zhàn)的雙方x86和RISC，都預(yù)示著巨大的市場機(jī)遇。

02

權(quán)力的游戲

對于傳統(tǒng)銀行，電信，保險(xiǎn)等行業(yè)，他們要構(gòu)建自己的數(shù)據(jù)中心（企業(yè)云），作為服務(wù)器需求方，要支撐一個(gè)對服務(wù)器架構(gòu)，操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫有豐富開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)，來部署自己的業(yè)務(wù)，這個(gè)有點(diǎn)不太現(xiàn)實(shí)；因此，這些行業(yè)用戶都是菜單式接收服務(wù)器提供商（如IBM等）硬件及軟件服務(wù)，服務(wù)器廠商提供這些硬件及軟件服務(wù)，并以此來收費(fèi)，這個(gè)邏輯是非常清晰的。

但是作為新一代的規(guī)則定義者：谷歌，亞馬遜，以及后起之秀阿里巴巴等，他們對開放的架構(gòu)，成本，可維護(hù)性有著自己的執(zhí)著；云服務(wù)提供廠商本身就是一個(gè)技術(shù)導(dǎo)向型的團(tuán)隊(duì)，這個(gè)公有云廠商對應(yīng)用需求，體系架構(gòu)，軟件技術(shù)三種武功能力，都修煉精純；云服務(wù)商即使服務(wù)器的需求者，又是技術(shù)提供者，是雙層身份；他們需要根據(jù)自身需求選擇最適合的軟件和硬件設(shè)施，需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求對數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移，封閉式的架構(gòu)天生對他們來說，難以接受。

舉例來說：原來的服務(wù)器廠商好比一個(gè)餐廳，這種餐廳，只能提供菜單點(diǎn)餐，而以前銀行（企業(yè)云）這種有錢顧客根據(jù)他們提供的菜單點(diǎn)餐就可以了，現(xiàn)在有一家外賣公司（公有云計(jì)算提供商），可以提供給那些不是預(yù)算很充足的客戶來提供就餐服務(wù)，而外賣公司（公有云計(jì)算提供商），不僅對菜單上的菜品不是很滿意，這種餐廳（服務(wù)器廠商的軟硬件）定制“紅燒排骨”，不一定滿足外賣客戶的要求，云廠更希望更細(xì)粒度的“排骨蓋飯”，如果服務(wù)器廠商（餐廳）沒有辦法定制，那么這些外賣公司（云廠）還具備自己炒菜的能力（想象一下，外賣小哥去炒菜的場景），需要根據(jù)客戶的需求，來打包不同的菜品組合，而不是僅僅是一個(gè)外賣員，還是一個(gè)廚師，后面還進(jìn)化成“自研豬肉”養(yǎng)殖者。

公有云廠的主導(dǎo)權(quán)要放在自己手上，這個(gè)就把封閉架構(gòu)的服務(wù)器排除了，這導(dǎo)致了許多曾經(jīng)RISC的忠實(shí)用戶，在考慮云計(jì)算時(shí)，開始考慮X86，而不是傳統(tǒng)的如IBM POWER這樣的RISC架構(gòu)處理器。X86服務(wù)器更加廉價(jià)、更開放、更加標(biāo)準(zhǔn)化、更簡單易用，x86所具備的這些優(yōu)點(diǎn)讓非關(guān)鍵業(yè)務(wù)用戶更加樂于接受。而隨著x86處理器在架構(gòu)、制程工藝、核心數(shù)量等方面不斷的提升，x86性能直追RISC服務(wù)器。

2013年5月17日，阿里集團(tuán)最后一臺(tái)IBM小機(jī)在支付寶下線，揭示云廠“去IOE”的迫切需求，去"IOE"，就是去IBM、Oracle、EMC為代表的小型機(jī)、集中式數(shù)據(jù)庫和高端存儲(chǔ)所組成的傳統(tǒng)IT基礎(chǔ)架構(gòu)，轉(zhuǎn)而以商業(yè)化的x86服務(wù)器、開源數(shù)據(jù)庫和分布式存儲(chǔ)組成基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)；這種基礎(chǔ)架構(gòu)，更加靈活、易于擴(kuò)展、成本更有優(yōu)勢；而X86是這場去IOE行動(dòng)中最大的贏家。

時(shí)來天地皆同力，當(dāng)前的云計(jì)算的大廈，都是90%的以上的服務(wù)器都是intel的X86，可以說今天的云計(jì)算的大廈是構(gòu)建整個(gè)intel的X86的基石上的；一方面，對于X86服務(wù)器廠商來說，云廠的要求更加嚴(yán)格，但是由于其數(shù)量的優(yōu)勢，采購成本也分?jǐn)偤艿?；另一方面，X86的CPU實(shí)際上占據(jù)了硬性支出很大的一部分成本；以至于說江湖上抱怨說，整個(gè)x86服務(wù)器行業(yè)，都是在給intel打工。

X86在云計(jì)算帝國一統(tǒng)天下，成為了這個(gè)帝國的王，幾個(gè)妄圖顛覆的諸侯（power，ARM）也偏安一隅，更多的RISC的架構(gòu)早已湮沒在歷史中了；IBM的power處理器只是在傳統(tǒng)的電信、金融、證券、保險(xiǎn)、電力方面，才有一席之地；而ARM的服務(wù)器還不成氣候，幾家在做ARM版本服務(wù)的公司，不是業(yè)務(wù)被砍（高通），就是勉力維持（marvel）；X86環(huán)顧四周，志得意滿，X86有這樣底氣，那些運(yùn)行在x86上的一代又一代的云計(jì)算的開源云操作系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)，成為了X86云計(jì)算帝國的護(hù)城河。

就在X86在云計(jì)算帝國封王，地位看似牢不可摧的時(shí)候，云計(jì)算的天空也有著兩朵“小烏云”，這兩朵烏云就是AI芯片和DPU，這兩朵小烏云是否能對云計(jì)算的X86的地位發(fā)起挑戰(zhàn)，是后云計(jì)算時(shí)代的一大看點(diǎn)。

03

AI的盛宴

人工智能算法的興起，讓人們認(rèn)識到，CPU這種架構(gòu)，對于處理AI特定應(yīng)用，完全沒有優(yōu)勢；CPU的計(jì)算取值，譯碼，執(zhí)行，訪存，寫回操作，不論如何開發(fā)指令級并行。在AI的這種應(yīng)用上，大部分都花費(fèi)在存儲(chǔ)器訪問上（IO），真正用于計(jì)算的部分，效率不足20%。

如果僅僅是計(jì)算的卸載（offloading），CPU已經(jīng)司空見慣，對X86CPU來說，不過是細(xì)分市場的有益補(bǔ)充，是異構(gòu)計(jì)算的另一種叫法，例如用FPGA做的各種加速，微軟的bing上用于搜索加速的FPGA就是這種模式；但是都沒有形成一種潮流，也不值得CPU如此擔(dān)心，"廉頗老矣，尚能飯否"。

如果說以前還是 power、sparc ，mpis，ARM，X86；這些都是CPU之間的內(nèi)戰(zhàn)，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)對于AI這種應(yīng)用來說，整個(gè)這種CPU的處理結(jié)構(gòu)已經(jīng)不適用了，在AI算法這個(gè)對手面前，CPU架構(gòu)幾近"團(tuán)滅"。

但是AI卻不同，其一誕生，其就有一種不同凡響的氣質(zhì)影響著整個(gè)IT領(lǐng)域，所有玩家都為之著迷；一種架構(gòu)的流行，后面必然的一類應(yīng)用的流行，ARM成功，背后是整個(gè)移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域的興起，各種移動(dòng)終端如手機(jī)以及IOT的蓬勃發(fā)現(xiàn)； x86在云計(jì)算的成功，是開源軟件，開放架構(gòu)的成功；在AI的時(shí)代，因?yàn)椴荒苓m應(yīng)這種計(jì)算框架，可能有被邊緣化的可能。

而如果假設(shè)AI的應(yīng)用是未來云端的主流應(yīng)用之一，萬物可AI設(shè)想成立，那么CPU目前就會(huì)錯(cuò)過這個(gè)巨大的應(yīng)用的代價(jià)是什么？結(jié)果就是云端CPU的地位的下降；對于機(jī)器學(xué)習(xí)等場景，CPU（中央處理器）從核心應(yīng)用降低到一個(gè)普通計(jì)算節(jié)點(diǎn)；從云計(jì)算的帝國的國王被降級到一個(gè)領(lǐng)主。

作為人工智能AI的計(jì)算卸載，訓(xùn)練，推理所需要的計(jì)算資源，遠(yuǎn)超CPU所能達(dá)到的能力；在通用計(jì)算節(jié)點(diǎn)之外，另一類的計(jì)算節(jié)點(diǎn)誕生了，AI的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，這類計(jì)算節(jié)點(diǎn)在云端的業(yè)務(wù)取決于整個(gè)業(yè)務(wù)量的多少；AI云，智慧云，這種概念不斷推出，如果這些落地成真，那么X86在這些云的內(nèi)部，其作用就并不突出。

而AI的趨勢如此之強(qiáng)，GPGPU就是一個(gè)例子，GPGPU默認(rèn)需要支持AI加速（SM流處理器內(nèi)部也要有tensor core）；而GPGPU不久前還只是圖像處理器而已；除此之外，還有各種XPU的，其核心的應(yīng)用也是AI的卸載；與云計(jì)算開始時(shí)，RISC和X86的對決一樣，又是一個(gè)各種架構(gòu)對決的江湖，只不過這次CPU會(huì)甘心作為觀眾來參加這些AI芯片架構(gòu)（XPU）的對決嗎？而X86并不甘心，也在通過AVX指令集來補(bǔ)強(qiáng)這方面的應(yīng)用，但是和專用AI芯片或者GPU相比，這些能力是否能在AI的時(shí)代展示王者的底蘊(yùn)，還有待市場的檢驗(yàn)。

04

DPU的風(fēng)暴

如果說AI計(jì)算的卸載是一個(gè)無主領(lǐng)域的拓荒，那么IO的卸載就更像另一個(gè)版本的王子復(fù)仇記。

在十年前，網(wǎng)絡(luò)處理器（NP）是一類非常重要的處理器，主要用于包處理，協(xié)議處理加速，用于各種網(wǎng)關(guān)，防火墻，UTM等設(shè)備上，多采用多核NOC架構(gòu)，一開始是MIPS，后面轉(zhuǎn)向ARM；一些公司類似cavium，tilera等等都是其中佼佼者；因?yàn)閕ntel的X86架構(gòu)處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的低效，給了這些網(wǎng)絡(luò)處理器很多的機(jī)會(huì)，得到了蓬勃的發(fā)展。

但是，后來intel提出了DPDK技術(shù)，DPDK應(yīng)用程序是運(yùn)行在用戶空間上利用自身提供的數(shù)據(jù)平面庫來收發(fā)數(shù)據(jù)包一種技術(shù)，由于繞過了Linux內(nèi)核協(xié)議棧對數(shù)據(jù)包處理過程，因此極大提升了包轉(zhuǎn)發(fā)的速率；原來需要專用的網(wǎng)絡(luò)處理器NP來實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)關(guān)類設(shè)備，現(xiàn)在X86就滿足性能要求了，順利成章的占領(lǐng)了這個(gè)領(lǐng)域，將網(wǎng)絡(luò)處理器這類產(chǎn)品掃入了歷史；而原來的網(wǎng)絡(luò)處理器公司也被收購（tilera被EZchip收購，cavium被marvel收購）。

本來到了這里，故事就結(jié)束了，但是在云計(jì)算領(lǐng)域，X86服務(wù)器，虛擬機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)交換，類似OVS等應(yīng)用，對于處理器的開銷非常大，占據(jù)了CPU很大部分的負(fù)載，通過智能網(wǎng)卡來offload OVS，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的卸載就成了一種順利成章的應(yīng)用，這樣可以降低X86服務(wù)器的負(fù)載，這樣減少x86的數(shù)量，降低TCO（總擁有成本）。

而目前智能網(wǎng)卡，集成了眾核的ARM核或者其他risc核，用于offload的X86的功能，這個(gè)就是網(wǎng)絡(luò)處理器NP借尸還魂，換了一種方式融合進(jìn)了網(wǎng)卡；NP老兵不死，只是慢慢融合。

只是網(wǎng)絡(luò)功能的offload也就罷了，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的一種新模式DPU出橫空出世了，下圖中DPU的網(wǎng)絡(luò)中，DPU儼然成了整個(gè)數(shù)據(jù)中心的核心，通過DPU網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) X86的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，GPU/ML的AI的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，以及存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)云計(jì)算中心的業(yè)務(wù)。

DPU內(nèi)部融合了RDMA，網(wǎng)絡(luò)功能，存儲(chǔ)功能，安全功能，虛擬化功能等；成為了構(gòu)建未來云中心的核心部件；這個(gè)理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感，DPU能不能像預(yù)期的一樣，超出傳統(tǒng)智能網(wǎng)卡offload的范疇，成為數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建的支柱；這個(gè)想法和腦洞，令人贊嘆，并且又非常有道理，不論是架構(gòu)還是思想上；但是DPU是不是云計(jì)算數(shù)據(jù)中心下一個(gè)諸侯，是不由DPU廠家說了算的，而是云計(jì)算廠家說了算的。

那么云計(jì)算廠家是怎么來規(guī)劃的，阿里云的裸金屬云的建設(shè)中，提出了一種裸金屬HM-hive，直接把bm-hypervisor放在了一個(gè)網(wǎng)卡形態(tài)的設(shè)備上，在這種形態(tài)下，所有的計(jì)算資源都是計(jì)算板的一部分，這個(gè)可以是X86的E5，core I7,AMD ,甚至可以是ARM。也就是說，在這種結(jié)構(gòu)下，X86的地位只是一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之一。

bm hypervisor通過DPDK的vswitch和SPDK的云存儲(chǔ)，替代了所有的計(jì)算板所有的IO需求，BMHive支持VGA設(shè)備，供用戶連接到bm guest的控制臺(tái)，BM-Hive的架構(gòu)不僅允許它無縫地集成到現(xiàn)有的云基礎(chǔ)設(shè)施中，而且使計(jì)算板的設(shè)計(jì)高度靈活，唯一的硬要求是它支持virtio接口。

DPU和bm hypervisor的思想不同，解決問題也不同，前者是卸載，后者是裸金屬云的管理；但是其核心思想是將計(jì)算節(jié)點(diǎn)抽象出來，更專用，更靈活的參與到整個(gè)云計(jì)算的服務(wù)中，這一點(diǎn)是共通的；只不過，未來是不是以DPU還是智能網(wǎng)卡的形式，或者其他的形式bm hypervisor，或者更加融合的形態(tài)來呈現(xiàn)這一趨勢，這個(gè)就不得而知了。

05

列王的紛爭

如果Nvidia來描述未來云計(jì)算中心，那么肯定是以GPU以節(jié)點(diǎn)，以DPU為傳輸通道，直接GPU direct，所有的其他節(jié)點(diǎn)都是為這個(gè)服務(wù)的，CPU只不過是一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)而已，用AMD或者ARM，也沒有太大的區(qū)別，否則為什么Nvidia動(dòng)了收購ARM心思？

如果intel的來定義未來的數(shù)據(jù)中心，那么所有節(jié)點(diǎn)，都是x86為核心，其他AI專用芯片，不過是ASSP，通過AVX的擴(kuò)展指令，也可以支持AI的一些應(yīng)用，以后AI的加速作為intel QAT特性，集成在CPU中也未為可知，這就是CPU的天下共主，其他不過小嘍啰而已。

如果云廠來定義未來數(shù)據(jù)中心，那么不論intel的CPU，Nvidia的GPU，或者其他XPU，都是一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)而已；只不過有的負(fù)責(zé)通用計(jì)算，有的負(fù)責(zé)圖形圖像處理以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法，這些不過是一個(gè)開放，可替換，可伸縮，彈性的的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，只需要按需的來使用的資源罷了；什么“王”，什么“諸侯”，都不過是云計(jì)算的工具人罷了。

云廠不樂意給intel打工，也不樂意被Nvidia綁架，他們技術(shù)雄厚，需求強(qiáng)烈，市場份額強(qiáng)大到任何一個(gè)芯片廠家都不能忽視，未來這些公有云廠商占據(jù)了這個(gè)星球有一席之地的算力；他們可能定義自己的CPU，GPU，DPU，XPU，甚至融合的SOC，只要符合云廠的需求；云廠可能是下一個(gè)計(jì)算體系的定義者和實(shí)踐者。

除此之外，還有一大批芯片廠家，希望參與到了這下一代云計(jì)算帝國的“列王的紛爭”中來，寄希望這個(gè)云計(jì)算帝國來分一杯羹，這兩朵烏云中，是否孕育著新的機(jī)會(huì)，涌現(xiàn)出更多的玩家，值得期待。