re:Invent 2022，探秘亚马逊云科技的重量级计算创新——Nitro

诞生于16年前的亚马逊云科技，开创了一个全新的云计算领域。秉持着创新与探索精神，自2012年开始，在每年一度的re:Invent全球大会上，亚马逊云科技都会发布最新的云计算技术。对IT产业演进产生了革命性的影响，Nitro系统就是其中之一。 

什么是Nitro？

亚马逊云科技Nitro系统于2017年正式发布，至今已经演进了5代产品架构，是亚马逊云科技下一代EC2实例的基础平台，它使亚马逊云科技能够更快地创新，进一步降低客户的成本并提供额外的好处，例如更高的安全性和新的实例类型。

亚马逊云科技完全重新构想了云计算的虚拟化基础设施。传统上，管理程序保护物理硬件和bios，虚拟化CPU、存储、网络并提供一组丰富的管理功能。借助Nitro系统，能够分解这些功能，将它们Offload到专用硬件和软件，通过将服务器几乎所有的资源交付给客户的实例来降低成本。

在“后摩尔定律”时代的背景下，要跟上业务需求的增长速度，不断推出更高规格的计算实例类型，显然不是一件容易的事。一方面，要求云计算平台基础设施层的虚拟化技术能够达到“近乎裸金属”的水平，甚至提供更彻底的弹性裸机实例服务；另一方面，仅通过部分优化的技术手段难以满足新的发展需求，需要更具革命性的理念和形式，而软硬件一体化加速就是其中一种方式。尽可能将云平台基础设施层的系统负载下沉到专用硬件平台，释放宝贵的Host CPU核心，让服务器资源更加极致，以支持客户需求。

正如亚马逊Nitro System首席工程师Anthony Liguori所说：“Nitro System用于确保EC2计算实例能够将整个底层服务器资源完全开放给客户。”基于这一理念，亚马逊云科技Nitro系统开启了软硬件一体化加速产品商业化之路。

顾名思义，亚马逊云科技Nitro系统不仅仅是单一的专用硬件设备，而是一套完整的软硬件融合协同系统。它由三个主要部分组成：Nitro虚拟化、Nitro I/O加速卡和Nitro安全芯片。今年，它将继续加入Nitro Enclaves和NitroTPM（2022年推出）这两个主要部分。相互合作，又相互独立。

● Nitro Hypervisor：是一种轻量级虚拟化管理程序，可管理内存和CPU分配并为大多数工作负载提供与裸机无异的性能。

● Nitro I/O加速卡：面向硬件加速的系列硬件卡，可以Offload和加速功能的IO，最终提高整体系统性能。Key cards包括VPC Nitro Card、EBS Nitro Card，实例存储Nitro Card、Nitro Card Controller、Nitro Security Chip。

● Nitro安全芯片：亚马逊云科技服务器设计中的一个组件，可持续监控和保护硬件资源，并在每次系统启动时独立验证固件。

● Nitro Enclaves：使客户能够创建隔离的计算环境，以进一步保护和安全地处理高度敏感的数据，例如其Amazon EC2实例中的个人身份信息（PII）、医疗保健、财务和知识产权数据。Nitro Enclaves使用相同的Nitro虚拟化技术，为EC2实例提供CPU和内存隔离。

● Nitro TPM：Trusted Platform Module (TPM) 2.0，是一项安全性和兼容性功能，可让客户更轻松地在其EC2实例中使用依赖于TPM的应用程序和操作系统功能。它符合TPM 2.0规范，可以轻松将使用TPM功能的现有本地工作负载迁移到EC2。

Nitro的发展历程

2017年11月6日，亚马逊云科技宣布推出Nitro系统，这是新虚拟化技术的支柱。Nitro是亚马逊云科技开发的EC2硬件Offload技术，用于支持具有硬件Offload和可选O/S旁路的高性能网络、具有硬件Offload的低延迟存储、NVMe本地存储和更高级的安全功能。

2017年11月，亚马逊云科技发布了C5实例类型，它首次使用基于KVM的Nitro hypervisor替换了Xen。在新的虚拟化架构中已经完全移除了Xen Domain 0管理虚拟机，极大地释放了Host资源。

在Nitro系统之前，亚马逊云科技使用Xen管理程序。这里的关键是VPC组网、EBS存储、本地存储和管理功能都发生在dom0层面。一种更简单的方法是，为EC2实例配置的同一个CPU也必须处理网络、存储和管理。

C5实例，第一个EC2实例类型完全支持Nitro，从那时起，已推出了超过500个计算实例类型。除了通过硬件Offload显着提高存储和网络性能外，Nitro技术还使日，亚马逊云科技能够进一步提高虚拟化技术的安全性。

Nitro，岂止于斯？

现在，借助Nitro系统，客户可以享受到更好的性能、增强的安全性和更多可供选择的实例类型。云计算的探索之路，亚马逊云科技仍在持续创新，秉承以客户为中心的发展理念，亚马逊云科技的产品将永远不会止步，为客户成就更多，帮助客户实现更多价值。