阿里造“神龙”
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来源/ 浅黑科技（ID:qianheikeji)
作者/ 史中 · 编辑/ jenny
计算的载体，从楼船一般的大型机，到快艇似的小型机，到如今万吨巨轮的云计算，我们的武器如史诗般演化，但背后却有同一个技术的身影，那就是“虚拟化”。
简单理解，虚拟化技术就像变形金刚，把无数台计算机“组合”成一台超级计算机，或者把一台整计算机“切割”成无数小计算机。
1962 年诞生的人类第一台超级计算机 Atlas，就用了名为 Supervisor 的虚拟化组件来管理物理主机资源。如今最先进的生产力——云计算，底层的重要技术也是“虚拟化”。
按照正常的故事剧情发展下去，未来云计算会成为人类应用的底座，就像我们熟悉的水电一样。但是，事情并不那么简单。
云计算带有一道“伤痕”——经过虚拟化技术提供的计算力是“打折”的。
世界因此徘徊不前：
类似的例子比比皆是，而且越是密集计算的场景，虚拟化带来的损耗问题越明显，无数企业因此被挡在云计算的大门之外，眼看着新时代的浪潮奔流走远。
这个巨大的伤痕，成为了云计算“房间里的大象”，人人都能看到它，却没人有能力除掉它。以至于到后来， 芯片厂商、虚拟化厂商、云厂商，整个产业链对此讳莫如深，从来没有人捅破这层窗户纸。
今天的故事，就从这里开始。
2016年底，阿里巴巴几十位技术“长老”围坐在会议室里。
这是每年一度阿里巴巴的丰收仪式——“双11”复盘会。这一年，双11当天成交额创下了1682亿的纪录，淘宝天猫的后台像一部硕大而精密的数字机器，没有一个零件掉链子。阿里云费了九牛二虎之力，将虚拟化性能损耗降到了当时业界的最低值，大家脸上自然洋溢着轻松和笑意。
轮到行癫发言。
所有人都把目光投向他。在大家心里，这个阿里巴巴集团首席技术官（CTO）有两个特色：“善于拿捏理想和现实的技术信徒”+“爱曝金句的耿直 Boy”。
行癫
行癫的套路是这样的：
每年双11，他一边波澜不惊，一边启发大家构想出一些宏大的技术方向，足够整个阿里巴巴集团接下来奋斗一整年，今年也不例外。
行癫对满屋子人说。
会议室里的这些技术宅听完差点一口老血喷出来。阿里巴巴过去二十年虽然逆天，但我们已经膨胀到想要挑战几十年来的行业潜规则了么？？
故事讲到这里，需要先按一下暂停键。中哥强势插入给你科普一下：云计算的性能损耗究竟是怎么来的？
你肯定熟悉你自己的电脑。如果你把你家的计算机想象成一块蛋糕。那么，云计算就是一块“双层蛋糕”。双层蛋糕的下面一层是无数台和你家电脑一样的物理机，上面一层是无数虚拟机。
你去购买云计算，买的可不是下面的物理机，而是上面的虚拟机。
这样对你来说其实更舒爽：
比如你今天需要一台阿里云的4核8G的服务器，明天需要一台8核16G的服务器，不用重新攒电脑，只要轻轻点一个按键，你的虚拟机就自动变大了。至于下面的物理机怎么调度，那不是你的事儿，是阿里云的事儿。
而把物理机变成虚拟机的这个技术，就是“虚拟化”。
好，重点来了：“虚拟化”的舒爽不是白白得来的，它的代价就是性能损耗。
举个例子：假设你是厂长，工厂流水线上有104个工人，你一个人管不过来104人，他们经常上班摸鱼。于是你从中选出8个小组长，每个小组长管12名工人。这样一来，生产秩序加强了，但是有8个本来能干活的人做了管理工作——原来绝对生产力是104分，现在只剩下96分了。
在这个例子里，我们就说“虚拟化的性能损耗大概是8%”。
同样，在2017年，云计算的性能损耗也差不多在这个量级。粗略地说：104个CPU放在一起，要有8个CPU做“管理”，剩下96个才是干活的。你算算，这个损耗也是8%。
用初中物理知识想想也知道，虚拟化性能损耗这件事儿，是天经地义的。最多只能无限降低，不能消失。
好，科普完毕，我们回到双11复盘会上。
行癫提的目标很美好，让CPU全部用于真正的计算。如果成功把虚拟化损耗降下来，绝对是云计算历史上的大功一件，那些企业上云最后的顾虑也将烟消云散。但这个技术难度，似乎不亚于证明“哥德巴赫猜想”。。。
围坐的人里，有一个人心里“咯噔”一下——因为这是他的职责范围。
此人名叫旭卿，阿里云弹性计算的技术负责人，听到行癫“点将”，按捺不住内心的激动。因为这也是他团队一直想做的事情，只是如何实现，还拿捏不准。
旭卿
当然，过去几年，世界主流的云计算玩家都在试图通过各种“补丁方案”降低资源损耗，阿里云也没闲着。
那次会议结束后，阿里云副总裁李津就拉着旭卿团队促膝长谈，他们追踪到了一个行业真相：
在计算力规模较小的时候这不会被当做是个大问题，然而放在数百万台规模的云计算时代，这个损耗才异常可观。
李津和旭卿一致认为，事到如今，再研究“补丁方案”肯定没戏，必须在计算体系结构上做创新：
以往的解决路线都是让虚拟化软件去迁就CPU的特性，好比是让管理学符合流水线工人，明摆着强扭的瓜不甜。
也就是说不从原来的工人里选拔小组长，而是阿里巴巴自己研制一个“专业组长”，直接空降管理104个工人，这样104个工人不就都可以全力干活了么？
大概就像酱
看完方案之后，大家眼珠一转，技术构想很NB，没意见。但问题有两个：
第一、做芯片，做板卡，这可都是门槛极高的硬件设计。。。
看这意思，整套事情玩下来，难度不亚于两万五千里长征，未来一年团队可要生死未卜咯。
平心而论，这是一条很激进的路线。
这相当于要首次实现云、虚拟化和芯片的技术大融合。旭卿掰着手指头数，要想召唤神龙，至少需要四颗龙珠：
龙珠一、虚拟化软件开发；
龙珠二、软硬件衔接的中间层；
龙珠三、核心芯片设计；
龙珠四、硬件（板卡、服务器）设计。
虚拟化软件开发就是团队的原班人马，胜任这次技术改革不在话下。当时的虚拟化技术负责人叫子团，他是个玩赛车的技术宅，对新技术总是保持着赛车般激情，子团听后异常兴奋，主动请缨带着团队开干。
而硬件、芯片方面，阿里也做过一些技术积累，曾经自研了闪存 AliFlash、全闪存存储服务器泰山、光模块、以及大容量存储服务器貔貅、液冷服务器、自研数据中心等等。
只不过，现在还必须要有一支专门为这一项目服务的技术团队。
阿里的液冷服务器集群
软硬件中间层，旭卿脑海里冒出一个人选，此人花名行宪，当时供职于某著名外国芯片公司北京分公司。
那天下午，旭卿电话突然响起，一个好朋友告诉他一个惊天秘密——行宪所在的部门要被那家外企整体裁撤。。。
旭卿两只眼睛喷出了火，就直接打车去机场。从首都机场再打车到西二旗时，已经夜里十点多了。旭卿给行宪打电话，明天早晨找你谈谈。
第二天早晨咖啡馆刚开门，行宪就到了。没想到旭卿更早，已经在门口蹲了半天。。。
行宪顺利加盟。
“当时我就知道，这事儿成了一半儿！”旭卿回忆。
行宪外向又暖男的性格，加上精湛的技术，使得他团队的兄弟们一直很信任他。结果，听说他加盟了阿里云，兄弟们纷纷给他打电话，想继续跟着他做研究。
确认过眼神，行宪张开怀抱，加上兄弟团队的人马，这部分研发阵容妥妥齐备。
行宪
现在龙珠只剩下最后一颗——芯片研发的负责人。说实话，中国好的芯片人才屈指可数，短时间要找到合适的人选堪比登天。。。
但眼看还有一个多月就要过春节了，旭卿下令，硬着头皮先开始干！行宪团队算是半个芯片团队，先兼职芯片设计，如果有些功能不会用芯片搞定，就只能“绕个路”，用软件替代。
团队第一次跑通验证程序，已经是来年早春三月了。
那天是个周六，大伙都堆在项目室，谁都不想休息，因为验证结果马上就要出来了。
然而，最终在屏幕上跑出的数据给大伙儿泼了一盆冷水——“延迟”指标远高于预期。
仔细分析之后，大家基本定位出了原因：有些坑绕是绕不过去的。这颗芯片是造也得造，不造也得造。
当务之急是找到一位芯片大牛。
那两天，行宪魂不守舍，第二天周日本来他要开车去燕郊参加同学聚会，结果满脑子都在想这事儿，连着开错了两个高速口。他怕出事故，只好把车停在路边让自己冷静一下。
就在这时，收到一条老友的信息，听说行宪在找芯片人才，给他推荐了一个厉害的人选，渐名。
旭卿得知自己苦苦寻找的芯片人才终于要有着落，像当年“追”行宪一样，又开始三顾茅庐对渐名发起爱的攻击，终于感动了渐名。
渐名
和行宪外向的性格形成鲜明反差，渐名是个技术宅，不看广告看疗效的那种。
多说一句，这里渐名做的芯片不是从头自研一款芯片，而是用的行业内比较成熟的“可编程芯片”，在现成的芯片上设计逻辑。由于时间和能力所限，这算是个最客观的妥协方案。
行宪记得很清楚，渐名是带着行军床进办公室的。两个月时间，他就没回家几次。那天他找到行宪，淡淡地说了句：“芯片这边设计得差不多了，你再测测。”
大家围拢过来，看到各项测试结果都“超常发挥”。大伙儿轮番抱着显示器上的参数合影留念，看起来就像一群傻子。
此时旭卿手里已经基本集齐了龙珠，接下来只待召唤“神龙”。
大家开了个会，讨论新研制的这套服务器到底要叫个什么名字。有一位工程师说：“既然是召唤神龙，那我们就叫“神龙云服务器”如何！”
同学们一听，纷纷露出“哎呦不错哦”的表情，能飞天的不就是“神龙”嘛！
接下来的几个月里，产品经理霁荣在各研发团队奔走呼号，跟进团队内部和外部所有相关大牛们的研究进度，保证大家在承诺的时间里完成各自的技术准备。
03
就在行宪他们死去活来折腾核心技术的时候，旭卿一刻都没闲着。他心心念念惦记着做硬件设计的兄弟团队。
2017年初，旭卿和硬件团队的芳志一起去台湾出差。
大巴车里，旭卿往芳志旁边一坐，开始了唐僧般的念叨，从盘古开天地，到神龙服务器，说了个遍。
很多人还不知道，为什么阿里巴巴会有一个硬件设计团队，这里多聊几句八卦。
从2014年开始，阿里云就遇到一个重大的问题：买来的标准服务器，“七国八制”，总是出现各种“幺蛾子”，今天这里不稳定，明天那里不适配。每天芳志的团队都四处灭火，生无可恋。
从那时开始，阿里巴巴就走上了定制服务器的道路。功能规格、接口标准都由自己规定好，服务器厂商按照这个规格研发生产，问题就少多了。
到了2016年，阿里巴巴更进一步，已经开始完全自己设计服务器。CPU和内存选型、存储、主板设计、电源、甚至散热元件都在设计图里清晰地设计好，服务器厂商只管去生产交付就好了。
所以，有关服务器底层硬件设计，经过这么多年锤炼，服务器研发团队是门儿清的。
阿里巴巴的定制服务器
初一听到旭卿的构想，芳志的反应和其他同事差不多。“总感觉有点离经叛道，但又觉得值得试一试。。。”他后来回忆。
于是，芯片设计和软件架构基本确定下来后，服务器硬件团队马上开始和他们一起做关键器件选型。
渐名的芯片方案验证差不多后，接下来芳志团队就要开始设计搭载这块芯片的板卡了。大家给这块卡起了个名字，叫“MOC卡”。
大家想象了一下 “MOC卡”的样子，应该看上去有点像一个显卡。
但是真到具体设计的时候，童鞋们开始头大了。
“说实话，好歹我在这个行业里也摸爬滚打十五年了，这是我见过最复杂的板卡，没有之一。”芳志说。
芳志
由于复杂度太高，在写电路设计的时候，哪怕只有一根线路设计出现错误，都会导致板卡点不亮。这种情况一旦发生，只能推倒重来，返厂大吉。
返厂不仅会造成巨大的成本浪费，还会直接让2017年云栖大会发布神龙云服务器的梦想泡汤。
就在设计图交给工厂之前，团队的童鞋通宵一周，你给我检查，我给你检查，一个点一个点看，一个电路一个电路查。送走设计图的时候，就像老父亲目送进京赶考的儿子一般。。。
2017年夏天，第一版MOC卡实物终于从工厂运了过来。
MOC卡
硬件的同学们摩挲着自己的作品，沉甸甸地，像块砖头，爱不释手。他们忐忑地把板卡插进机箱。。。。“点亮啦！”屋子里一片沸腾。在如此高压高强度的工作状态下，如此复杂的电路设计没有出现一处错误，这群阿里人用事实证明了自己在硬件领域的专业性。
MOC卡的照片通过钉钉群传输到北京，所有人一片欢呼。
为了测试板卡工程结构上的可靠性，他们把MOC卡泡在装满红墨水的容器里，捞出来晾干，然后直接用钳子把芯片一个个拽下来，查看里面是否曾有液体渗入，结果非常满意，里面完全没有墨水痕迹，说明芯片引脚的焊接也是天衣无缝。
到8月中旬整个产品软硬件全部验证完成，但留给中国队的时间不多了。带有MOC卡的神龙云服务器火速放量生产，像蚂蚁搬家一样进入阿里云的“蛋糕底层”，成为无数台物理机的一部分。
2017年10月12日。云栖大会。
李津在没有任何高能预警的情况下，在台上突然发布“神龙云服务器”，并且宣布神龙是“现货”——从当天开始，客户就可以购买神龙云服务器做为硬件底层的阿里云计算资源。
云栖大会上
李津发布神龙云服务器
业界爆燃。
当天下午，在只能容纳100人的神龙的技术论坛上，生生挤进去了300人。后来保安人肉堵住门口，才算作罢。
更神奇的事情发生了。
就在那次云栖大会之后的一个月，大洋彼岸的云计算全球老大亚马逊 AWS，在他们的“云栖大会” ——Reinvent 大会上同样发布了类似的硬件虚拟化技术。他们的虚拟化架构叫做 Nitro。
AWS 发布 Nitro
听到这个消息，旭卿全明白了，原来 AWS 也早就秘密开始研究和神龙一样的技术，不同的是 AWS 的芯片来自他们2015年初收购的以色列芯片初创公司 Annapurna Labs。两家公司出于最高级别的保密，相互一点风声都没走漏。
大洋两岸的两家公司通过这种方式隔空致意，英雄相惜。这像是云计算的一场“生物大进化”，云计算朝着“IT行业的水电煤”又迈进了一步。
“那一刻我终于知道，我们不再孤单了。”旭卿感慨。
旭卿的慨叹，其实每一个阿里云人都感同身受。
亚马逊是世界上第一家云计算巨头，用“开创了云计算时代”来形容它丝毫不过分。中哥曾在另一篇文章《阿里云的这群疯子》里详细写过阿里云的创业故事。2009年王坚带领阿里云的兄弟们筚路蓝缕地长征，很大程度上也是将亚马逊AWS视作自己的镜像。
那时候，阿里云虽然艰难，但前路终归有一盏灯。而开发神龙的时候，研发团队是两眼一抹黑的。所以，当他终于知道阿里云的创新和AWS居然是同一个方向，而这一次阿里云居然还领先AWS一个月时，心中的骄傲如火山喷涌。
神龙天降，马上投入战斗。
截止2019年10月，世界各大厂商自研软硬件一体架构的进度
购买神龙云服务器的网页快被挤爆了。
第一时间购买神龙的客户大概分三类：
1、好奇的用户——他们来尝鲜；
2、云计算的同行——他们来看看阿里云有没有吹牛；
3、传统企业——他们早就迫不及待地想上云，但之前传统的云计算架构并不适合他们，神龙架构却是他们的菜。
之前提到的上汽是第一个吃螃蟹的人。他们透露，相比过去使用传统超算服务，使用神龙超算集群汽车仿真计算效率提升25%；吉利集团也将全部仿真业务在神龙超级计算集群，过去平均排队2个月的任务，现在平均2周搞定。
为什么用传统云架构不行，换成了神龙云架构就行了呢？
这里中哥多解释一句。
很多传统企业，例如制造业，从90年代就采用了物理机架构，那时候还没有云计算，所以他们自己构建了一套虚拟化架构（很可能选用的是VMware）。
1、把这套虚拟化架构原封不动地装在云计算本身的虚拟化架构里，就会出现“嵌套虚拟化”的问题，大概就像《盗梦空间》里描述的那样，在一个梦境里又做了一个梦，这样会让虚拟化性能开销飙升，跑起来比拖拉机还慢，完全不能忍。。。
这就叫嵌套虚拟化
由于神龙云服务器自身的虚拟化动作都被“藏”到了MOC卡里，对于传统企业来说，神龙机和物理机没区别。所以把原来的系统原封搬上来，既不会造成性能损失，又不用面临和上下游接口不符的问题。
神龙云服务器上
MOC卡已经把
虚拟化的活儿给干了
云的好处全都有了，过去的不方便又全没了，世界上还有这样的好事儿。很多传统企业纷纷开始大量选购阿里云。
为此，2018年，行癫将阿里巴巴集团唯一一个企业端产品创新突破奖颁给了神龙。
但在阿里云眼中，此时的神龙还未强大到能支撑起所有计算需求。这是为啥呢？
之前我们提到，虚拟化其实分成两个方向：
刚才为了不打扰你听故事，中哥没有说得很细：作为第一代产品，神龙云服务器用MOC卡实现的硬件虚拟化，其实只能满足第一个方向。
每一个神龙云服务器，就像一块乐高积木，很多乐高积木拼起来组成更大的积木，这没问题，但一个乐高积木本身没办法再切分。
神龙架构的虚拟化组合，大概就是这个样子
结论很明确：第一代神龙架构其实是缺一条腿的——它只能支撑一半的云计算场景。
如果神龙架构不仅能做到虚拟化组合，还能够做到虚拟化切分，那么它就可以替换掉阿里云现有的所有服务器，实现全部升级了。
这就是神龙2.0的任务。
当时的神龙，已经不是当初一个小团队“自娱自乐”了，它是要支撑阿里云很多业务的。但凡拖延，后果不堪设想。说白了，这次技术升级是干也得干，不干也得干。
神龙2.0交付日期临近，团队手忙脚乱，人手严重不足。
这时，有一个人能紧急调动所有人的资源，那就是阿里云智能基础产品事业部总经理小邪。实际上，在神龙研发早期，小邪就对这个技术寄予厚望。
小邪在阿里巴巴的技术体系里“摸爬滚打”十年，他曾参与集团首次大规模技术改造项目——“五彩石战役”，非常清楚神龙对阿里云乃至整个行业的价值。如果说五彩石打通的是淘宝、天猫的架构和数据，那么神龙统一的则是阿里云的底层基础设施。
小邪
“神龙不只是颠覆计算服务这么简单，它还会推动云平台上存储、网络、数据库等等基础技术的跃进！”
小邪在飞天2.0启动会上如是说。
那段时间，小邪在各团队奔走呼号，在他的感召下，无数兄弟部门全球第一个做到的！从此以后，所有用户都可以更放心地把自己的核心系统放在阿里云上！
那一刻，他仿佛代表身后无数技术人，暂时忘记代码的严谨和硬件的低调，只是享受聚光灯的温暖。
行癫
事实也正是如此，基于神龙架构的云服务不仅大规模应用于淘宝、天猫、菜鸟等业务，还吸引了一大批拥趸客户：上汽、吉利、旷视科技，不一而足。
而这次技术变革带来的影响正在迅速蔓延，全球云厂商都在跟进采用类似的技术路线，中国创造的“神龙”正在成为服务器的世界标准。未来一旦全世界云计算厂商迭代结束，节省的计算资源会是一个天文数字。
三年历程，神龙雏形初现，凡此劫难，九死一生。
哪怕倒退五年，可能也绝不会有人想到，阿里巴巴这家电商基因的公司，会有勇气跳入泥潭，花费数亿投入去研发互联网底层的单元——服务器。而且一出手就不是世界上的“又一台”服务器，而是“另一种”服务器。
但站在历史的岸边，完整目睹变迁的过来人也许能体会，阿里造物，真正的幕后推手是“时代”二字。
我在《阿里云的这群疯子》里写到，当年阿里云的创建，就是因为阿里巴巴面临越来越重的服务器和存储负担。时任阿里巴巴首席架构师王坚给马云算了一笔账，如果不上云，单单购买IBM的小型机和Oracle的数据库，就能让阿里巴巴破产。
而一代技术总会遇到规模瓶颈。技术竞争正如升级打怪，你跑得比别人靠前，就比别人更早遇到这一关的大BOSS。
当年那代阿里云人，从第一行代码开始，写出了阿里云底层调度系统“飞天”，成功干掉了那个年代的大 BOSS。旭卿这代人登上舞台时，阿里云服务的人越来越多，场景越来越复杂，新的 BOSS 就在眼前。
真正的技术人，其实从来没有退路。
前路总会荆棘坎坷。坐在原地，可能一生至死都不会遇到惊涛骇浪。但那些远处的峻峭风景，也随之在你生命的可能性里永久消失。
正如《约翰·克利斯朵夫》所写：人生是一场不停的，无情的战斗。向前，向前，永远不要停。
在之前的故事里，我曾经埋下一个伏笔，那就是神龙服务器的那块核心芯片。我说那片 FPGA 是现成的可编程芯片，是个“妥协方案”。
于是你可能想起，2018年云栖大会，阿里巴巴宣布了一件大事，那就是成立了自己的芯片公司“平头哥”。
过去几个月，平头哥连续发布玄铁、无剑、含光。
于是，中哥有了一个大胆的猜想。经过从阿里云内部多方打听，我确信了一点：平头哥正在研制的芯片中，至少有一款将要用在神龙云服务器中，替代之前旭卿一直在使用的妥协方案“FPGA”。
也就是说，下一代神龙云服务器将会搭载一颗阿里巴巴自研的芯片。
粗略算来，仅仅阿里巴巴一家公司，利用阿里云提供的服务就可以触达十亿人，而在阿里云上，还有几百万其他客户，他们同样可以触达数亿人。加总起来，神龙服务器中平头哥芯片所能影响到的人次，将突破十几亿。
那将是中国芯片的里程碑。
那也将是下一个故事。
飞鸟掠过这片古老的大地，此时此刻，正有无数中国人自己设计的神龙服务器，从各条生产线上喷涌而出，构筑起我们生存在这个星球上坚如钢铁的计算力。
身处时代大潮中，人们往往不会注目那些英雄们的身影。只有当世界终于被改变，你我才会在余晖的岸边回首旧日，恍然想起那一个个闪亮的瞬间。
旨在寻找和发现，在ToB领域持续创新、创造增量、深具潜力的卓越企业和领军者。
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