(Ampere 計(jì)算系列文章之加速云計(jì)算，第一部分)

傳統(tǒng)上，部署 Web 應(yīng)用意味著在公司企業(yè)數(shù)據(jù)中心中，使用基于 x86 架構(gòu)的服務(wù)器運(yùn)行大型單體應(yīng)用。將應(yīng)用遷移到云端消除了過(guò)度配置數(shù)據(jù)中心的需要，因?yàn)樵瀑Y源可以根據(jù)實(shí)時(shí)需求進(jìn)行分配。同時(shí)，向云端的遷移也意味著向組件化應(yīng)用（也稱(chēng)為微服務(wù)）的轉(zhuǎn)變。這種方法允許應(yīng)用輕松擴(kuò)展到可能數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)用戶(hù)。

采用云原生方法，應(yīng)用可以在云端完全運(yùn)行并充分利用云的獨(dú)特功能。例如，使用分布式架構(gòu)，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)創(chuàng)建更多應(yīng)用組件實(shí)例來(lái)無(wú)縫擴(kuò)展，而不是運(yùn)行越來(lái)越大的應(yīng)用，這很像添加另一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器而不必添加另一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。許多大型公司（例如 Netflix、維基百科等）已經(jīng)將分布式架構(gòu)提升到一個(gè)新的水平，即將應(yīng)用分解成獨(dú)立的微服務(wù)。這樣做簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、部署和負(fù)載平衡的規(guī)模。有關(guān)分解單體應(yīng)用的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱《鳳凰項(xiàng)目》，有關(guān)開(kāi)發(fā)云原生應(yīng)用的最佳實(shí)踐，請(qǐng)參閱《十二要素應(yīng)用》。

x86 超線(xiàn)程的低效

傳統(tǒng)的 x86 服務(wù)器基于通用架構(gòu)構(gòu)建，該架構(gòu)主要用于個(gè)人計(jì)算平臺(tái)，用戶(hù)需要能夠在單個(gè) CPU 上同時(shí)執(zhí)行各種不同類(lèi)型的桌面應(yīng)用。由于這種靈活性，x86 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)桌面應(yīng)用有用的高級(jí)功能和容量，但許多云應(yīng)用并不需要這些功能。然而，在基于 x86 的云上運(yùn)行應(yīng)用的公司仍然必須為這些功能付費(fèi)，即使他們不使用這些功能。

為了提高利用率，x86 處理器采用超線(xiàn)程技術(shù)，使一個(gè)核心能夠運(yùn)行兩個(gè)線(xiàn)程。雖然超線(xiàn)程允許更充分地利用核心容量，但當(dāng)核心的資源過(guò)度使用時(shí)，它也可能允許一個(gè)線(xiàn)程影響另一個(gè)線(xiàn)程的性能。具體來(lái)說(shuō)，每當(dāng)這兩個(gè)線(xiàn)程爭(zhēng)用相同的資源時(shí)，這都會(huì)給操作帶來(lái)顯著且不可預(yù)測(cè)的延遲。當(dāng)您不知道（并且無(wú)法控制）它將與哪個(gè)應(yīng)用共享核心時(shí)，很難優(yōu)化應(yīng)用。超線(xiàn)程可以被認(rèn)為是同時(shí)試圖支付賬單和觀看體育比賽。賬單需要更長(zhǎng)時(shí)間才能完成，而且您并沒(méi)有真正欣賞比賽。最好通過(guò)先完成賬單，然后專(zhuān)注于比賽，或者將任務(wù)分配給兩個(gè)人（其中一個(gè)人不是足球迷）來(lái)分離和隔離任務(wù)。

超線(xiàn)程還會(huì)擴(kuò)大應(yīng)用的安全攻擊面，因?yàn)榱硪粋€(gè)線(xiàn)程中的應(yīng)用可能是試圖進(jìn)行側(cè)信道攻擊的惡意軟件。保持不同線(xiàn)程中的應(yīng)用彼此隔離會(huì)在處理器級(jí)別引入開(kāi)銷(xiāo)和額外延遲。

云原生優(yōu)化

為了提高效率和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易性，開(kāi)發(fā)人員需要專(zhuān)為高效處理其特定數(shù)據(jù)（而不是其他所有人的數(shù)據(jù)）而設(shè)計(jì)的云資源。為此，高效的云原生平臺(tái)可以加速云原生應(yīng)用的典型操作類(lèi)型。為了提高整體性能，云原生處理器提供了更多旨在優(yōu)化微服務(wù)執(zhí)行的核心，而不是構(gòu)建需要超線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行越來(lái)越復(fù)雜的桌面應(yīng)用的更大核心。這導(dǎo)致更一致和確定的延遲，支持透明擴(kuò)展，并避免了超線(xiàn)程帶來(lái)的許多安全問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)應(yīng)用在其自己的核心上運(yùn)行時(shí)，它們自然會(huì)被隔離。

為了加速云原生應(yīng)用，Ampere 開(kāi)發(fā)了 Altra 和 Altra Max 64 位云原生處理器。在一個(gè)單一 IC 上提供高達(dá) 128 個(gè)核心的前所未有的密度，單個(gè) 1U 機(jī)箱配備兩個(gè)插槽，可以在單個(gè)機(jī)架中容納多達(dá) 256 個(gè)核心。

Ampere Altra 和 Ampere Altra Max 核心圍繞 Arm 指令集架構(gòu) (ISA) 設(shè)計(jì)。雖然 x86 架構(gòu)最初是為通用臺(tái)式機(jī)設(shè)計(jì)的，但 Arm 已經(jīng)從嵌入式應(yīng)用的傳統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，在嵌入式應(yīng)用中，確定性行為和功耗效率更受關(guān)注。從這個(gè)基礎(chǔ)出發(fā)，Ampere 處理器專(zhuān)為功耗和核心密度是重要設(shè)計(jì)考慮因素的應(yīng)用而設(shè)計(jì)?？偟膩?lái)說(shuō)，Ampere 處理器為許多云原生應(yīng)用提供了極其高效的基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)了高性能、可預(yù)測(cè)且一致的響應(yīng)能力以及更高的功耗效率。

對(duì)于開(kāi)發(fā)人員而言，Ampere 處理器實(shí)現(xiàn) Arm ISA 事實(shí)意味著已經(jīng)存在廣泛的軟件和工具生態(tài)系統(tǒng)可用于開(kāi)發(fā)。在本系列的第二部分中，我們將介紹開(kāi)發(fā)人員如何將現(xiàn)有應(yīng)用無(wú)縫遷移到領(lǐng)先 CSP 提供的 Ampere 云原生平臺(tái)，以立即開(kāi)始加速其云操作。

云原生的優(yōu)勢(shì)

在云原生平臺(tái)上運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是更低的延遲，從而帶來(lái)更一致和可預(yù)測(cè)的性能。例如，微服務(wù)方法與當(dāng)前的單體云應(yīng)用根本不同。因此，對(duì)于服務(wù)質(zhì)量和利用效率的優(yōu)化，也需要一種根本不同的方法，這并不奇怪。

微服務(wù)將大型任務(wù)分解成較小的組件。其優(yōu)勢(shì)在于，由于微服務(wù)可以專(zhuān)門(mén)化，因此它們可以提供更高的效率，例如與嘗試完成所有必要任務(wù)的更通用的單體應(yīng)用相比，在操作之間實(shí)現(xiàn)更高的緩存利用率。但是，即使微服務(wù)通常每個(gè)組件使用的計(jì)算資源較少，但每一層的延遲要求也比典型的云應(yīng)用嚴(yán)格得多。換句話(huà)說(shuō)，每個(gè)微服務(wù)只獲得可用于完整應(yīng)用的延遲預(yù)算的一小部分。

從優(yōu)化的角度來(lái)看，可預(yù)測(cè)且一致的延遲至關(guān)重要，因?yàn)楫?dāng)每個(gè)微服務(wù)的響應(yīng)能力在超線(xiàn)程x86 架構(gòu)上的變化幅度與之一樣大時(shí)，最壞情況下的延遲是每個(gè)微服務(wù)的組合最壞情況的總和。好消息是，這也意味著，即使在多個(gè)微服務(wù)中實(shí)施微服務(wù)延遲的少量改進(jìn)，也可以產(chǎn)生顯著的改進(jìn)。

圖 1 說(shuō)明了在像 Ampere Altra Max 這樣的云原生平臺(tái)上運(yùn)行典型的云應(yīng)用與 Intel IceLake 和 AMD Milan 相比的性能優(yōu)勢(shì)。 Ampere Altra Max 不僅提供更高的性能，而且提供更高的性能/瓦特效率。該圖還顯示了 Ampere Altra Max 如何具有優(yōu)于 Intel IceLake 的延遲（13%），以提供云原生應(yīng)用所需的穩(wěn)定性能。

圖 1：與 Intel IceLake 和 AMD Milan 相比，Ampere Altra Max 等云原生平臺(tái)提供卓越的性能、功耗效率和延遲。

可持續(xù)性

即使是 CSP 負(fù)責(zé)處理其數(shù)據(jù)中心的功耗，許多開(kāi)發(fā)人員也意識(shí)到公眾和公司利益相關(guān)者越來(lái)越關(guān)注公司如何解決可持續(xù)性問(wèn)題。 2022 年，云數(shù)據(jù)中心估計(jì)占總數(shù)據(jù)中心功耗的 80%1。根據(jù) 2019 年的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到 2030 年數(shù)據(jù)中心的功耗將翻一番。

很明顯，可持續(xù)性對(duì)于云的長(zhǎng)期發(fā)展至關(guān)重要，云行業(yè)必須開(kāi)始采用更高效的能源技術(shù)。減少功耗也將降低運(yùn)營(yíng)成本。無(wú)論如何，今天率先減少碳足跡的公司將在此類(lèi)措施成為強(qiáng)制性措施時(shí)做好準(zhǔn)備。

表 1：與傳統(tǒng)的 x86 云相比，使用 Ampere 云原生平臺(tái)的云原生處理的優(yōu)勢(shì)。

Ampere 等云原生技術(shù)使 CSP 能夠繼續(xù)提高數(shù)據(jù)中心的計(jì)算密度（見(jiàn)表 1）。同時(shí)，云原生平臺(tái)提供了令人信服的性能/價(jià)格/功耗優(yōu)勢(shì)，使開(kāi)發(fā)人員能夠降低日常運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)提高性能。

在本系列的第二部分中，我們將詳細(xì)介紹將現(xiàn)有應(yīng)用重新部署到云原生平臺(tái)并加速您的操作所需的內(nèi)容。

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