Arm服务器芯片新战局
2020-10-06 07:05:29
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来源:虎嗅

虎嗅注:X86 专注 PC 和服务器,Arm 统治移动端,在过去,这是二者的“楚河汉界”。X86 在移动端的尝试折戟,而 Arm 也没有放过服务器领域。

本文来自“半导体行业观察”,作者:蒋思莹。

英特尔一统服务器芯片江湖已经很久了。虽然在这期间有IBM和MIPS前来挑战,但他们谁都无法撼动英特尔的地位。

进入了二十一世纪以后,凭借移动领域而迅速崛起的Arm,为“高处不胜寒”的英特尔增添了一丝火热——Arm开始向服务器芯片市场进行拓展。

至此以后,Arm为了抢夺服务器芯片市场这块蛋糕做了诸多尝试。在历经了多年的起伏之后,现在以Arm架构为基础的服务器芯片阵营又将面临一些关键转变。

Arm更新了服务器芯片路线图

在Arm发展服务器芯片的过程中,其自身路线图的变化可以说是一种关键转变。

Arm Neoverse是Arm服务器领域的制胜关键之一。2018年10月,Arm正式对外公布了该解决方案。据相关报道显示,该产品线将是基于Arm技术的全新统一品牌标识,主要面向数据中心和边缘基础设施而设置。与Cortex主要面向移动及终端设备不同, Neoverse专为更高级别性能、安全性和可扩展性而设计。

当时,伴随着Neoverse的公开亮相,Arm还顺势推出三个平台——Ares,Zeus和Poseidon。按照当时的规划显示,Arm将于2019年推出Ares、2020年推出Zeus、 2021年推出Poseidon。

其中,Ares平台是Arm首个针对基础架构优化核心,这是一个基于最新的7纳米工艺打造的一个新核心,面向服务器市场并设定了极具针对性的功耗和性能目标;Zeus平台是Ares的继任者。该核心旨在充分利用7nm+工艺的额外优势,还有DDR5内存以及如HBM这样的高级内存技术;Poseidon则是Arm所公布的最终平台,Arm预计它将在2021年接替Zeus,并以5纳米工艺节点为目标。当时,Arm承诺一种架构,每一代将提供大约30%的性能增强,并且每年都会对设计进行调整,以保证性能的实现。

除了高性价比的Neoverse处理器IP产品以外,为了对标X86,Arm还于同期还推出了服务器合规认证计划Server Ready。该项目作为Neoverse计划的一部分,能够帮助用户安全、合规地部署Arm服务器系统。

在这则计划对外公开的2年间,Arm架构吸引了包括亚马逊、Marvell、华为、飞腾等众多厂商的加入。有了他们的支持,Arm得以在服务器芯片市场建立了属于他的优势,为了进一步扩大Arm架构在服务器市场的影响力,Arm于近期对外宣布了对Neoverse平台的升级。

众所周知,在过去两年中,Arm推出了Neoverse N系列(Neoverse N1)和Neoverse E系列(Neoverse E1)。在此基础上,在Arm近期宣布的新的路线图中,展示了除这两个系列以外的新“家庭成员”——Neoverse V系列。

Arm所推出的Neoverse N、Neoverse E、Neoverse V分别对标了不同的应用领域。具体来看,Neoverse N系列同时考虑了性能、功率、面积(PPA),擅长可扩展;Neoverse E系列围绕吞吐量而设计;V系列则旨在提供最佳能效。

除了这份更新的路线图外,Arm还发布了两个新平台——Neoverse V1和Neoverse N2。

据相关报道显示,Neoverse V1 作为 V 系列的第一个平台,与 N1 相比,其单线程性能可提升超过 50%,对于 CPU 性能与带宽更高要求的应用来说,是性能表现最佳的平台。Neoverse V1 支持可伸缩矢量扩展(Scalable Vector Extensions, SVE),为高性能云、高性能计算与机器学习等市场带来庞大的应用潜力。

Neoverse N2 则被定位为可提供更高性能计算的解决方案。根据anandtech的报道显示显示,Perseus的设计将被称为Neoverse N2,是N1的有效产品定位继承者。与N1相比,这种新的CPU IP代表了40%的IPC提升,但是仍然保持着相同的设计理念,即在最低功耗和最小面积内实现性能最大化。

Marvell由通用芯片转定制

在Arm积极拓展可用于服务器芯片的多种产品线的背后,其实也是他们对打开服务器芯片市场大门的探索。在过去,X86已经在服务器芯片市场建立的巨大优势,进入这个市场并不是一件容易的事。Arm推出众多产品线或许也是在寻找可以突破的点。

而要找到这个突破点,仅仅靠Arm还不行,它还需要合作伙伴拿得出可以与X86叫板的产品才行。

于是,我们看到,在过去两年当中,结合着Arm所公布的路线图和产品,Arm的朋友圈也在逐渐强大。Marvell就是Arm服务器芯片阵营中的一份子。

自Matt Murphy于2016年接任 Marvell CEO 以来,他们就在计算领域做出了一些新的变化——除了向嵌入式应用的 Octeon 和 Armada 产品线之外,Marvell还在谋求基于Arm架构的服务器芯片的发展。

在Marvell于2014年收购Cavium以后(,Cavium此前拥有15年以上的高性能计算多核CPU的技术积累,在基于Arm架构的嵌入式服务器领域经验丰富),他们就开始了在Arm服务器芯片上的探索。在过去几年中,他们陆续推出了ThunderX、ThunderX2以及ThunderX3。

借助于ThunderX系列产品,Marvell旗下的基于Arm架构的服务器处理器ThunderX在全球范围内得以广泛部署,并经成为了全球最大的Arm服务器处理器供应商。

在获得如此成绩后,在Marvell最新季度的财报电话会议上,该公司却意外宣布,他们计划将其服务器处理器开发团队改组为完全定制的解决方案,放弃“通用”产品设计的计划。

在其财报电话会议中表示,Arm体系结构的强大能力一直在于能够集成到针对特定用例进行了优化的高度定制化设计中,我们看到超大规模数据中心应用程序也是如此。我们在过去几年中开发的大量独特的Arm服务器处理器IP和技术非常适合创建超规模厂商所要求的定制处理器。因此,Marvell决定将未来在Arm服务器市场的投资目标锁定在定制解决方案上。

另据anandtech报道的消息显示,Marvell此时将Arm服务器市场集中在大型超规模客户上,这些客户在工作负载方面有特定要求,而这些工作需要定制的体系结构优化。Marvell认为,除了这些超大规模客户之外,其他市场规模还不够大,不足以吸引足够的价值,因此,该公司会将精力重新集中于超级规模客户的需求。

Marvell表示:“未来,当Arm服务器无处不在时,公司并不会排除通用的产品和设计,但目前这并不是当前生态系统的最佳财务策略。”

中美日欧四大阵营争夺

在Arm和Marvell调整服务器芯片布局的背后,无论他们是基于怎样的出发点,都无不在显示他们对于Arm服务器芯片的追求。

Marvell只是Arm服务器芯片中的一个代表。其实在Arm服务器芯片阵营中,还有很多参与者。中美日欧四块市场中的企业更是针对Arm服务器芯片展开了激烈的竞逐。

以Marvell、亚马逊和Ampere为代表的美国企业在Arm服务器市场中表现得十分活跃。除了上文提到的Marvell以外,其他企业在Arm服务器芯片上的表现也可圈可点。

亚马逊作为美国云计算龙头,破圈进军半导体领域是当年的一则大新闻。为了减少对英特尔Xeon的依赖,亚马逊于2018年推出了首款基于Arm架构的自研处理器芯片——Graviton。据相关报道显示,Graviton的一大亮点是提供了成本更低的计算能力,其运行应用的成本要比英特尔或者AMD的芯片低45%。一年后,亚马逊又推出了第二代服务器芯片——Graviton 2。根据相关资料显示,Graviton2是一个基于Arm全新内核Neoverse 定制设计的7nm SOC,具有64个Arm Neoverse N1内核(每个64KB L1 / 1MB L2高速缓存)。据亚马逊介绍,AWS Graviton 2处理器的速度比以前一代的芯片快7倍,浮点性能是2倍。

2017年Ampere的成立,同样也为服务器芯片市场带来了震动。这家初创公司是由由英特尔前高管Renée J. James创立,主要专注于数据中心中增长最快的超大规模计算云和边缘云市场。今年3月,Ampere发布了新一代基于Arm架构的Altra处理器。该处理器也被视为是Ampere为Arm架构芯片冲击英特尔的缩影。相关报道称,根据Ampere产品开发路线图显示,新一代服务器芯片Mystique已处于开发阶段,预计2021年推出,而计划于2022年推出的芯片Siryn目前已经定义产品性能等特性。

在欧洲,SiPearl、NUVIA等初创企业的加入也为Arm服务器芯片市场带来了新的助力,他们也受到了资本市场的欢迎。

总部位于法国的芯片初创企业 SiPearl,在四月宣布,已获得代号为 Zeus 的 Arm 下一代 Neoverse 处理器的 IP 许可。作为一家成立于 2020 年 1 月的公司,尽管 SiPearl 仍处于起步阶段,但这家初创企业的志向却很是高远,致力于为欧洲未来的高性能计算项目提供支撑。SiPearl 表示,其致力于为欧洲的百亿亿次超级计算机设计高性能、低功耗的微处理器。而欧盟之前已经对该公司注资约620 万欧元(约新台币1.96亿元)。其产品Rhea的细节也于前不久被曝光,据悉,Rhea系列处理器计划于2021年投入市场。

NUVIA也是一家备受瞩目的初创企业。该公司由前苹果和谷歌高级处理器架构师 John Bruno, Manu Gulati 和Gerard Williams III共同创立。其目的是通过SoC来改善服务器市场,该SoC将提供更好的功能与更高的计算性能和功率效率。前不久,NUVIA完成了B轮2.4亿美元的融资。将其第一代CPU内核将命名为Phoenix,这是基于其架构许可的Arm架构(可能是Armv9)构建的。NUVIA表示,采用Phoenix的Orion SoC将以最高的效率提供业界领先的性能,其自身的数字目标是与Zen2相比IPC增加40%至50%,而功耗只有Zen3的三分之一。

日本的富士通也为Arm服务器市场贡献了自己的力量。在6月所公布的国际超算大会发布最新一期的全球超算TOP500榜单。日本超算“富岳”(Fugaku)超越美国“顶峰”(Summit)登顶榜首。作为史上第一台基于Arm芯片的全球超算冠军,富岳虽然其性能达到上届冠军“顶峰”的2.8倍,但仍然属于十亿亿次级别超算。在富岳背后,则是富士通的48核Arm芯片A64FX。富士通A64FX采用台积电7nm FinFET工艺制造,集成87.86亿个晶体管,但只有596个信号针脚,内部集成52个核心,包括48个计算核心、4个辅助核心(都完全一致),基于Armv8.2-A指令集,支持SVE 512位宽度SIMD,峰值性能2.7TFlops。

华为、飞腾则是我国Arm服务器芯片的代表。

根据国信证券的调研报告显示,华为鲲鹏早期也称为 Hi16xx,是由华为设计的一系列 64 位 Arm 服务器微处理器。这些处理器于 2015 年首次推出,面向高线程或高吞吐量应用。2016 年海思又推出了第二代处理器芯片Hi1612,2017年海思推出第三款服务器芯片Kunpeng916(Hi1616)。

2018年,华为宣布将服务器产品线升级为华为智能计算业务部,同时正式公开其自研的Arm架构服务器芯片Hi1620,这款芯片采用了自主架构“Tai Shan(泰山)”,这也是它首次研发自主架构,可见它对服务器芯片市场的野心。在 2019 年初,随着920系列的推出,华为将该系列重新命名为鲲鹏。

飞腾在服务器芯片领域已经有了20多年的积累。2014到2019年的这5年中,飞腾相继推出的基于Arm架构的FT-1500A、FT-2000、FT-2000A/2、FT-2000+/64、FT-2000/4。作为目前国内能够提供最全的CPU体系厂家,飞腾的产品线包含了高性能服务器CPU、高能效桌面CPU、以及高端嵌入式CPU三个产品谱系,能够为从端到云的各类型设备提供核心算力支持。今年,飞腾重磅推出了其首款多路服务器CPU——腾云S2500,补齐高端芯片最后一块版图。

从飞腾的发展路线上看,飞腾将坚持核心技术创新,升级产品谱系三线——包括以飞腾腾云S系列为代表的高性能服务器CPU、以飞腾腾锐D系列为代表的高效能桌面CPU、以飞腾腾珑E系列为代表的高端嵌入式CPU。据飞腾方面透露的消息显示,公司将在接下来的两年中,陆续推出采用7nm工艺和5nm的腾云S系列产品、采用14nm的腾锐D系列以及腾珑E系列。

结语

在5G时代中,Arm在移动领域已经建立起了强大的优势。与此同时,5G所带来的新的应用场景还促进了从云到边缘的全面部署,这样的转变,也为服务器芯片市场打开了新的大门。面对从云到边缘的这个巨大市场,X86和Arm架构都在紧锣密鼓地开始进行部署。X86希望能够在新时代巩固其地位,而Arm则是希望能够在服务器芯片市场复制其在移动领域的辉煌,从而赢得更大的市场。

但从实际情况来看,虽然Arm服务器芯片受到了很多厂商的追捧,但也有不少厂商暂缓了对Arm服务器芯片的研究,包括AMD、高通等。这也说明,X86服务器芯片仍享有着很大的优势,Arm服务器芯片欲与之瓜分这个市场,还需要再“修炼”。

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