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Arm伺服器晶元路在何方

Arm伺服器晶元路在何方

昨天(9日),業界傳出了一則消息:高通公司打造ARM架構伺服器晶元的高通數據中心事業部(QDT)技術副總裁Dileep Bhandarkar已經離開高通有一段時間了,據悉,他是前東家高通Falkor ARM伺服器架構設計的靈魂人物。

而Bhandarkar本人和高通對於離職都沒有做任何公開聲明,人們也只是在近日的SemiCon West 2018半導體展會上,聽到他說起「前高通」才發現端倪的。

而就在前不久的5月份,QDT總裁Anand Chandrasekher離職。而在錯失被Broadcom收購這一絕佳機會之後(該併購案被美國總統特朗普以可能危害國家安全為由否決),高通為了兌現先前對股東和投資者關於削減開支的承諾,宣布精簡QDT部門,裁員280人。

最近一年以來,業界對 ARM伺服器晶元的前途普遍持悲觀態度,而高通QDT部門一連串的裁員和精簡措施,似乎在不斷印證著人們的擔憂。畢竟,在以Intel為代表的x86伺服器晶元統治該行業多年的情況下,以高通為代表的一批企業先後加入研發ARM伺服器晶元的行列,以期待改變一下該行業一家、一架構獨大的局面,但經過幾年的努力,情勢似乎並不樂觀,有人退出,有人大幅精簡團隊規模。究其原因,還是ARM伺服器晶元在市場和客戶那裡沒有得到足夠的認可。

其實,不只是高通,x86伺服器晶元的另一大廠——AMD業曾經信誓旦旦地開發起了ARM伺服器晶元,以期待扭轉一下Intel一家獨大地局面(佔有全球90%以上的伺服器晶元市場),但可惜的是,投入研發沒有幾年,就因為客戶不買賬,而果斷放棄了ARM架構產品。

步其後塵,高通似乎也要放棄了?雖然大幅度裁員,但該公司對外一再宣稱,高通不會放棄ARM伺服器晶元的研發,只是縮減規模而已。但這些宣傳很難打消人們對ARM架構產品灰暗前景的疑慮。

高通不僅自己研發ARM伺服器晶元,為了擴大市場,特別是龐大的中國市場,該公司還於2016年初,和貴州省人民政府合資組建了「貴州華芯通半導體技術有限公司」(HXT),專為中國市場設計和開發ARM伺服器專用晶元,雙方分別持股45%、55%,這被視為高通「技術換取市場」的重要一步。

而華芯通研發的第一款伺服器晶元「華芯1號」已於2017年年底試產流片成功,並將在今年下半年投入商用。

本來是信誓旦旦,要大幹一場,但高通的裁員,對於ARM伺服器晶元陣營,特別是中國的相關企業,顯然是傳遞了一個比較負面的信號。今後,ARM架構何去何從?相關廠商要如何應對這樣的市場局面,以及客戶的認可程度?問題有待解答。

ARM進軍伺服器

在統治了以手機為代表的移動處理器市場之後,ARM想要向伺服器領域滲透,要和這一領域的霸主——Intel掰一掰手腕。因此,ARM開始大力推廣64位指令集,以期建立相應的軟體生態。

趁著ARM推廣ARM 64的東風,AMD、高通、Cavium、APM等IC設計公司,以及中國的華為、飛騰和華芯通,陸續開發了各自的ARM伺服器CPU。

高通方面,該公司於2014年11月宣布進入伺服器市場,2016年12月:演示了其首個48核ARM伺服器晶元Centriq 2400系列;2017年8月,該公司宣布推出第5代自主架構設計Falkor,導入10nm製程,並且兼容ARMv8指令集,主要將鎖定伺服器等級應用。

2017年11月,高通正式發布Centriq 2400系列,該系列處理器為10nm工藝製造,使用Arm架構內核,面向企業和伺服器市場,這代表著Arm核心在伺服器市場中重大突破。Centriq 2400系列處理器的高端型號使用了48個高通公司基於Arm v8指令集打造的Falkor內核,配備60 MB L3緩存,6個DDR4通道,運行頻率為2.2 GHz,基本頻率為120W TDP,價格僅為2000美元。高通希望它能在雲伺服器市場上以每瓦的性能、總體性能和成本展開激烈競爭,然而自產品公布以來,主要伺服器提供商的可用性幾乎為零。

Arm伺服器晶元路在何方

但是,好景不長,今年5月,就傳出了QDT可能會放棄Centriq的消息,緊接著就是一系列的裁員計劃和實施。

除了高通,APM也是一家在ARM伺服器晶元上有較大投入的公司。該公司雖然名氣不大,但其在2010年前後就開始了ARM伺服器CPU的開發工作,而且做出了性能不錯的產品,這些產品在數據中心、互聯網伺服器等領域已有了批量的應用。

例如,APM的X-Gene已經發展到了第3代。X-Gene3集成了32個核心,計劃採用台積電16nm製造工藝,主頻3GHz,最大功耗約為125W。根據Linley Group的報道,其模擬器測試成績Spec2006單線程定點性能在550分左右。X-Gene 3XL是X-Gene3的升級版本,計劃將32核升級為64核,並將SPECint_rate2006測試提升到1000。在單線程性能上,X-Gene3也非常亮眼,大約在17左右。由於Linley Group給出的單線程性能並不是通常說的單核測試性能,而是用rate分值/線程數,所以推測X-Gene3在模擬平台上的單核性能很有可能已經達到20左右了,這在ARM生態圈中是首屈一指的。

中國的ARM伺服器晶元陣營

國內致力於ARM伺服器晶元開發的主要有三家廠商:華為、飛騰和華芯通。

總的來說,飛騰是做的比較好的,華為也有成熟的產品,而華芯通還比較年輕,還沒有量產的產品推出,據說,產品將於今年下半年量產。

飛騰方面,該公司設計了代號為「火星」(Mars)的FT2000,性能較為強悍,也比較成熟,可以說是代表了我國ARM伺服器晶元的最高水平了。具體來看,FT2000採用28nm工藝,主頻2GHz,功耗100W。晶元面積600多平方毫米,集成了64個FTC661 CPU核,共計48億個晶體管。根據測試,FT2000的晶元實測成績相對於模擬器成績要稍低一些,在2GHz主頻下,採用GCC4.8編譯器,SPEC2000和SPEC2006測試。其中SPEC CPU2006全晶元測試分值為定點570,浮點482,單線程測試分值為定點12.4,浮點11.3,雖然在單線程性能上和Intel依舊有不小的差距,但就多線程性能而言,足以與Intel Xeon E5-2695v3晶元相媲美。

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華為方面,其ARM伺服器CPU集成了32核ARM Cortex A57,採用台積電16nm製造工藝。但這款伺服器CPU的性能相對有限。以飛騰的FT2000作參照,華為的這款伺服器CPU在製造工藝領先2代的情況下,以FT2000一半的功耗實現了不足FT2000一半的性能。

生態系統牢不可破

由於伺服器晶元的生態系統被Intel牢牢地把持著,並佔有90%的市場份額,所以,起步時間不長的ARM伺服器CPU依然在艱難地前行著,國內外相關企業的產品也還很難贏得太多的市場空間。

這種情形,與Intel、ARM在移動處理器市場的情形正好相反,由於ARM牢牢地掌控著手機處理器的生態系統和市場,使得在該領域起步滯後的Intel,花了很大力氣和巨額資金去追趕,力求建立屬於其自己的移動生態系統,但終究由於入局太晚,難以撼動穩固的ARM生態而鎩羽而歸,只能在手機基帶處理器上保留著一絲火種。

不知道這種情形,是否會完全被複制到伺服器晶元領域,如果是的話,則對於ARM伺服器架構陣營的廠商來說,前景實在是不容樂觀。

ARM伺服器架構為何干不過Intel

實際上,三星、博通、NVIDIA等晶元巨頭都曾聲稱要研發ARM伺服器晶元,但結果卻是全都相繼放棄。

此外,Marvell因為收購了Intel的Xscale處理器業務,也曾投入到ARM伺服器晶元市場,還稱與百度有深入合作,但結果卻是不了了之。

2017年底,Marvell宣布收購Cavium,這家專註於網路通信領域多核處理器的廠商現在也是ARM陣營伺服器晶元的代表廠商。不知道Marvell是想通過收購再次進入伺服器市場,還是另有打算呢?答案待解。

相對於Intel的伺服器晶元生態系統,ARM陣營的最大劣勢就是軟體生態。這就像當年Intel進軍移動市場時,也是遇到了軟體生態問題,不僅軟體兼容性飽受詬病,而且在和移動設備生產商的配合方面也出現了大問題,傳統PC思維濃重的處理器巨頭完全無法理解手機和平板廠商的需求,雖然投入了100多億美元補貼,但最終還是搶不到多少市場份額。

業界有一種說法,即只要擁有20%的成本優勢,就有動力更換處理器架構,但到目前為止,這個成本優勢還沒有體現出來,所以,更換為ARM處理器架構的動力不足。

希望在哪裡

大數據、雲計算時代即將到來,伺服器市場將迎來爆髮式增長。在當下的數據中心,Intel處理器佔據90%以上市場份額,這會使互聯網公司和數據中心的運營者在面對Intel時缺乏議價能力。

因此,尋找替代解決方案,實現多供應商是他們的當務之急。如谷歌、百度、阿里等互聯網巨頭都對ARM伺服器非常感興趣。

由於市場足夠大,且一些互聯網巨頭比較青睞定製版的ARM伺服器,這使得ARM陣營能獲得一定的市場。

而在中國,雖然華芯通、華為、飛騰等ARM伺服器CPU廠商無法完全替代中國市場上的Intel CPU,但攻佔一部分原本屬於Intel的市場還是能夠期待一下的。

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