从“一云多芯”支持，看多元算力的全栈云方案

摘要：华为云Stack如何在不同CPU架构下，构建信创云平台多元算力的全栈解决方案？本文将为你具体阐释。

本文分享自华为云社区《从“一云多芯”支持，看多元算力的全栈云方案》，作者：徐安 华为云Stack资深架构师。

背景

华为云Stack作为华为云在政企市场的品牌，是政企客户智能升级的首选平台。随着政企客户数字化的不断深入，上云要求越来越多，给华为云Stack也带来了很多不一样的挑战和新问题。

分析来看，目前从宏观上看，中美技术对抗的大背景下，IT安全越来越引起国家重视，信创产业由此产生。通俗来讲，信创产业就是在核心芯片、基础硬件、操作系统、中间件、云等领域实现国产替代。发展预计将按照：党政等封闭市场、重点行业市场（如电信、轨交、电力等）、消费市场，三步进行。政企客户，即为目前的首要市场。

从微观上看，政企客户上云趋势是：会将协同办公OA系统、电子公文等非涉密系统部署在电子政务外网上，采用传统虚拟机、物理机部署方式，基础IaaS即可满足业务部署需求。未来，也会有大数据、数据库、容器、AI等高阶诉求，把信创云平台作为政务第二平面来构建。

因此在这个前提下，IaaS云平台向下需屏蔽不同CPU架构的硬件差异，向上需提供服务化的算力模型封装，把算力相关的存储、网络、操作系统、监控运维等以服务化的方式提供。所以IaaS云平台支持不同信创行业的CPU架构，解决“一云多芯”问题，是最基础的能力要求。

针对“一云多芯”的解决办法

一、不同CPU架构的特点分析

目前主流的新创CPU架构有以下几个：

考虑到各CPU架构的成熟度和性能，我们以鲲鹏、海光、飞腾作为华为云Stack支持信创CPU的首选。这些CPU架构又有各自的技术特点：

1、鲲鹏

CPU核心通过环形架构互联，通过扩展计算单元数量来支持众核架构，采用7nm工艺，Die内均等内存和IO访问能力。

2、海光

CPU核心通过Die之间互联架构来连接，采用12nm工艺，一个CPU有4个Die或者2个Die，一个Die固定有2个计算单元，一个计算单元内有4个海光核。

3、飞腾

Die之间通过2D Mesh方式互联，一个CPU支持8个Die，一个Die与两个或者三个Die以2D Mesh方式互联。

二、华为云Stack技术方案特点

根据上述不同CPU架构特点，华为云Stack采用：CPU架构混合部署、亲和性部署方案，来应对“一云多芯”现象；同时，华为云Stack还有全栈可控的软硬件，为政企客户提供的坚实的云底座基础。

1、不同CPU架构混合部署

面对不同CPU架构的不同特点，华为云Stack进行混合部署。可以理解为把数个杂乱无序的商品，整齐陈列到一个陈列整齐的便利店中，所有品类都能放到便利店中、同类商品统一陈列、特殊商品也有自己的位置。有算力需求时，就如同用户走入便利店，能快速、高效的找到想要的东西。

具体混合部署方式如下：

（1） 华为云Stack支持多个CPU架构在一朵云上共存。客户可以按照自己的业务诉求，管控硬件资源和业务环境，实现高效管理。

支持的CPU架构：Intel CPU服务器、海光CPU服务器、鲲鹏CPU服务器、飞腾CPU服务器在一朵云内共存，高效管理，用户按照自己的业务诉求管控硬件资源和业务环境

（2） 把相同CPU架构，放入对应的资源池中。比如把Intel CPU和海光CPU、鲲鹏CPU和飞腾CPU，分别放入x86和ARM资源池中。对于那些没有使用特殊指令的应用，可在不同厂商CPU之间流动，可高效管控资源池，提高资源池利用效率，减少资源碎片。

（3） 业务镜像仅按照操作系统区分，不区分CPU架构，如果操作系统可兼容不同的CPU架构，可在同资源池内复用。

（4） 对于有特殊指令诉求的业务负载，可通过规则中参数来指定业务放置在哪里。比如指定x86-虚拟机-规格，就会在Intel CPU服务器或者海光CPU服务器上选定一个地方放置。

2、考虑不同CPU架构之间的差异，支持亲和性部署

想象下你有几个编制不同、演奏方式不同的乐队，为了每次收到新的曲子，都能最快的编排出来，你需要提前收集这几个乐队的架构、声部、主要领队人等等，把这些信息登记在册。之后再收到新的曲子，只需查阅之前的记录，就可以实现人员的精准分工了。

亲和性部署，就是把不同的CPU架构差异，记录在数据库表中，收到新的算力需求时，实现调度匹配。

华为云Stack部署业务的步骤如下：

（1） 获取CPU topo，包括Socket、Die架构、计算单元、核心、超线程的关系。支持鲲鹏，intel，海光，飞腾CPU

（2） 获取的CPU topo在系统中保存

（3） 按照调度算法放置不同的业务负载

（4） 用户可按照CPU topo的形态呈现现有CPU架构，剩余CPU资源，已经使用的CPU资源

华为云Stack部署业务的算法基本原则是：

（1） 按照numa距离总量最小的组合，选择Die

（2） 在die内先填满一个计算单元，再填满另一个计算单元

（3） 使用局部最优悲观算法来考虑碎片问题

• 如果要使用的资源可被一个计算单元整除，优先以计算单元为单位填满碎片，如若还有剩余，用碎片填满
• 如果要使用的资源不可被一个计算单元整除，优先用碎片填满

3、全栈可控：覆盖芯片、服务器、存储、数据库、操作系统、云平台全栈可控

华为云Stack软硬件均自主可控，包括鲲鹏920高性能CPU、还包括昇腾310/910、AI芯片、Hi181x存储控制器芯片、Hi182x网络控制器芯片、Hi171x服务器管理芯片。也包括上面的服务器、集中式和分布式存储、交换机、路由器、防火墙等设备。华为掌握鲲鹏ARM、openEuler(开源)、openGauss(开源)等三大根技术，可为有全栈云信创诉求的政企客户提供安全可靠的云底座平台。

写在最后

随着政企客户信创产业的发展，政企客户对上云的诉求的增多，华为云Stack也面临着不同的挑战越来越多。我们华为云Stack充分考虑到客户目前拥有不同CPU架构的现实，通过分析主流CPU架构的技术特点，一方面全面支持一云多芯的设备能力；另一方面，通过硬件到软件的全栈可控云信创方案，为政务客户提供可信场景下，智能升级首选方案。为政企客户的全面云化打造了一个坚实有力的底座。

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