摘要：随着云计算技术的飞速发展，其已经深入到我们生活的方方面面，从简单的文件存储到复杂的人工智能计算，云计算都发挥着不可或缺的作用。然而，随着云计算发展到如今的高度阶段，也面临着三种技术趋势挑战：

作为云计算领域第一个吃螃蟹的人，亚马逊云科技一直引领着行业的持续创新。

随着云计算技术的飞速发展，其已经深入到我们生活的方方面面，从简单的文件存储到复杂的人工智能计算，云计算都发挥着不可或缺的作用。然而，随着云计算发展到如今的高度阶段，也面临着三种技术趋势挑战：

1.行业竞争加剧，需要提供低成本、高效能的计算服务；

2.算力需求的爆炸，AI、HPC、通用计算等需求差异越来越大；

3.数据安全与隐私保护的压力，芯片级的安全已成为基本需求；

面对这些挑战，自研 ARM 芯片则成为云计算厂商突破困境、迈向新高度的关键举措。与传统的x86架构芯片相比，ARM 架构芯片具有低功耗、高性能的特点，特别适合于云计算环境中大规模并行计算的需求。

亚马逊在自研芯片方面起步很早，并在2018年的 re：Invent 大会上推出了首款Amazon Graviton 芯片，如今亚马逊云科技在五年内已完成了四代 Graviton 自研芯片的迭代，每一代都带来显著的性能提升。

近日，亚马逊云科技宣布第四代自研Arm处理器 Graviton4 在中国区正式商用，不仅解决了上述行业痛点，更开启了企业算力升级的新时代。

▌自研芯片 亚马逊云科技新的解题方式

在云计算的早期发展阶段，x86 架构凭借其成熟的技术和广泛的应用基础，成为了云服务提供商的首选。

然而，随着云计算市场的不断成熟和竞争的加剧，企业客户对云服务的要求不再仅仅是资源的可用性，而是更加关注性能、成本和定制化。x86 架构虽然在通用计算领域表现出色，但在面对特定工作负载时，其能效比和性能优化空间逐渐变得有限。

此外，x86 架构的高能耗和高昂的许可费用也给企业带来了沉重的成本负担。正如一位行业分析师所指出的，“在云计算的下半场，企业需要的不仅仅是更多的服务器，而是更聪明、更高效的算力。”

亚马逊云科技作为云计算领域的领导者，敏锐地察觉到了这一行业趋势，并率先踏上了自研芯片的创新之路。亚马逊云科技的自研芯片战略并非一时兴起，而是基于对客户需求的深刻理解和对行业未来发展的精准预判。亚马逊云科技认为，只有通过自研芯片，才能真正实现从用户需求出发，提供定制化的高性能解决方案。

亚马逊云科技的自研芯片之路始于 2012 年，当时亚马逊云科技与 Cavium 合作，开始探索定制化芯片的可能性。2013 年，亚马逊云科技收购了 Annapurna Labs，这一举措标志着亚马逊云科技正式进入自研芯片领域。Annapurna Labs 的加入为亚马逊云科技带来了强大的硬件设计能力，加速了 Nitro 系统的开发。Nitro 系统作为亚马逊云科技硬件架构的核心，通过将虚拟化、存储和网络功能卸载到专用硬件和软件上，显著提升了云服务的性能和安全性。

2018 年，亚马逊云科技推出了第一代 Graviton 芯片，开启了基于 ARM 架构的云服务时代。Graviton 的出现，不仅为亚马逊云科技的云服务提供了更高的能效比，还为企业客户带来了更具竞争力的性价比。此后，亚马逊云科技持续投入研发，不断推出新一代的 Graviton 芯片。2020 年的 Graviton2、2021 年的 Graviton3，以及 2023 年的 Graviton4，每一代芯片都在性能、核心数量和内存带宽等核心技术指标上实现了显著提升。这一系列的创新，不仅巩固了 亚马逊云科技在云计算市场的领先地位，也为整个行业树立了新的标杆。

亚马逊云科技的自研芯片战略不仅是为了提升性能和降低成本，更是为了满足客户多样化的计算需求。通过自研芯片，亚马逊云科技能够针对特定的工作负载进行优化，提供更高效的解决方案。例如，亚马逊云科技在 Graviton3 中针对 SSL 加密进行了优化，使得加解密性能提升了两倍。这种从用户需求出发的设计理念，使得 Graviton 芯片在性能和能效方面都取得了显著的成果。

▌Graviton4，满足用户多样化需求

Graviton4 的发布，标志着亚马逊云科技在自研芯片领域迈出了重要的一步。亚马逊云科技大中华区产品总监张洋介绍，与上一代 Graviton3 相比，Graviton4 在多个关键性能指标上实现了显著提升。

首先，性能方面显著提升。Graviton4 的核心数从 64 增加到 96，提升了 50%。这意味着 Graviton4 能够同时处理更多的任务，大幅提升计算效率。其次，二级缓存从 1MB 提升到 2MB，这一改进不仅提高了数据访问速度，还降低了缓存延迟，进一步优化了性能表现。此外，内存带宽提升至5600MT/s，比 Graviton3 提升了 75%。这对于需要处理大量数据的工作负载，如数据库和数据分析，具有重要意义。

Graviton4 还支持双路 CPU，可实现 192 物理核心实例，这在云服务中是非常强大的横向扩展能力。与最新的 Intel 实例相比，Graviton4 的双路实例在核心数上几乎达到了 Intel 最大实例的水平。这种设计不仅提升了计算能力，还通过多插槽一致性架构，确保了两个 CPU 之间的高效协作，操作系统可以将它们视为一个统一的实例，从而实现灵活的资源分配和管理。

其次，除了性能提升，Graviton4 在能效优化方面也取得了显著进展。亚马逊云科技采用了先进的 5 纳米工艺技术，使得芯片面积增大，晶体管数量从 50 亿增加到 730 亿。这种工艺升级不仅提升了性能，还降低了单位算力的能耗。与传统的 x86 架构相比，Graviton4 在处理相同工作负载时，能耗显著降低，这对于企业来说意味着更低的运营成本。

另外，在成本效益方面，Graviton4 为客户带来了巨大的价值。亚马逊云科技在中国区推出的 Graviton4 实例（如 C8g、M8g 和 R8g）在定价上与上一代 Graviton3 保持一致，这意味着客户可以在不增加成本的情况下，获得更高的性能和能效。根据第三方测试数据，Graviton4 在多种实际工作负载中的性价比表现优于 Intel 和 AMD 的同类产品。例如，IBM 在迁移至 Graviton4 后，CPU 占用率降低了 35%，成本减少了 18%。SAP 在 HANA Cloud 上的测试显示，分析型工作负载性能提升了 25%，事务型工作负载性能提升了 40%。

最后，在安全和可靠性方面。Graviton4 在设计上充分考虑了这些需求，采用了端到端的加密机制，从芯片级的数据处理到内存之间的传输，再到主板信号通道，都进行了加密处理。这种全方位的安全保护确保了客户数据在云上的安全性，即使在多租户环境下，也能有效防止数据泄露和恶意攻击。

亚马逊云科技的自研芯片战略不仅是为了提升性能和降低成本，更是为了满足客户多样化的计算需求。通过自研芯片，亚马逊云科技能够针对特定的工作负载进行优化，提供更高效的解决方案。例如，亚马逊云科技在 Graviton3 中针对 SSL 加密进行了优化，使得加解密性能提升了两倍。这种从用户需求出发的设计理念，使得 Graviton 芯片在性能和能效方面都取得了显著的成果。

▌替代 x86，让Graviton4 的客户无后顾之忧。

对于企业客户来说，从传统的 x86 架构迁移到新的 ARM 架构是一个重要的决策。亚马逊云科技意识到这一点，并通过一系列工具和服务，简化了迁移过程。亚马逊云科技提供了 porting-advisor-for-graviton 工具，可以扫描客户应用的结构和代码，标识出更容易迁移的部分。此外，亚马逊云科技还推出了 Amazon Q Developer CLI，帮助客户分析代码并提示需要修改的地方，降低迁移风险。

许多客户已经成功地将他们的工作负载迁移到 Graviton4 实例上，并获得了显著的性能提升和成本节约。例如，Epic Games 在其游戏《堡垒之夜》中使用了 Graviton4 实例，测试结果显示这是他们“测试过的速度最快的 EC2 实例”。SAP 在 HANA Cloud 上的测试也证明了 Graviton4 在性能和能效方面的优势。这些成功案例不仅展示了 Graviton4 的强大性能，还证明了 亚马逊云科技在帮助客户实现无缝迁移方面的专业能力。

Graviton4 的推出对整个云计算行业产生了深远的影响。它打破了传统 x86 架构在云计算市场的主导地位，为 ARM 架构的进一步发展铺平了道路。随着越来越多的企业开始采用 Graviton4，ARM 架构的生态系统也在不断丰富和完善。目前，大多数主流 Linux 操作系统已经支持 Graviton，许多独立软件供应商（ISV）如 PingCAP、StarRocks 等也完成了“Graviton Service Ready”认证，为客户提供更多选择。

从行业趋势来看，Graviton4 的成功表明，未来云计算的发展将更加注重性能、能效和成本的综合优化。亚马逊云科技的自研芯片战略不仅为自身带来了竞争优势，也为整个行业树立了新的发展方向。随着技术的不断进步，我们可以预见，未来的云计算市场将更加多元化，企业将有更多的选择来满足其特定的计算需求。

总结：

Amazon Graviton4 的推出，不仅是 亚马逊云科技自研芯片战略的又一重要成果，更是云计算行业的一次重大突破。通过在性能、能效、安全性和成本效益等方面的全面优化，Graviton4 为企业客户提供了前所未有的算力支持。亚马逊云科技的创新之路证明了，只有从用户需求出发，不断探索和创新，才能在激烈的市场竞争中保持领先地位。

随着 Graviton4 的广泛应用，企业将能够更高效地处理复杂的工作负载，加速数字化转型的进程。我们也期待 亚马逊云科技继续引领技术创新，为企业带来更多高性能、高性价比的云服务解决方案，开启企业算力的新篇章。

来源：了不起的云计算