Arm正在x86統治的高性能CPU市場「披荊斬棘」
包永剛 / 何渝婷編譯
2021-09-02 19:34

摩爾定律持續發揮作用的幾十年間,無數應用受益於晶片性能的快速提升,晶片市場的格局也在這個過程中逐步穩定,x86 CPU在桌面和高性能計算市場佔有絕對優勢,Arm CPU統治移動互聯網市場。

然而,隨著摩爾定律的放緩,市場的格局也開始發生變化。能效比優勢明顯的Arm CPU經過三年多的努力,已經在x86 CPU統治的雲端計算、HPC市場取得了值得關注的成績,並且在快速成長的DPU和5G市場中,Arm也雄心勃勃。

三年推兩代產品

2018年10月,Arm推出了Arm Neoverse,這是面向雲端到邊緣基礎設施產品,Arm承諾Neoverse平台效能30%的年成長率,將持續到2022年及以後。要知道,那時候摩爾定律給傳統CPU帶來的提升已經不足10%。

Arm Neoverse規劃了三個系列產品,同時考慮性能、功率、面積(PPA),擅長可擴展的N系列;提供最佳性能,相對會消耗更多面積和功耗的V系列;主要關注效率,在功耗和面積的縮減上進行優化的E系列。

2019年,第一代Neoverse N1推出,性能相比Cosmos平台提升60%,是2018年提出的目標的兩倍,同時推出的還有Neoverse E系列處理器。

2020年發表的Neoverse N2,在保持相同水平的功率和面積效率之餘,相比Neoverse N1單線程性能提升了40%,強調性能的Neoverse V1的單線程性能相比Neoverse N1,更是提升超過50%。

單核性能大幅提升的Arm Neoverse CPU今年接連交出成績單。今年3月,Ampere Computing發表 首款雲端原生處理器「Ampere Altra」,擁有80個64位Arm處理器內核。

這是Ampere在2020年流片的產品,不久後,甲骨文就發表了Ampere A1 Compute。

到了7月,基於網路基礎設施提供CDN內容分發網路與減緩DDoS攻擊的服務提供商Cloudflare,首次採用基於Arm架構伺服器進行部署。據悉,相較於2013年設計的伺服器,Cloudflare基於Arm架構的系統,可以安全地處理10倍以上的互聯網請求。

在高性能計算領域,日本國立研究開發法人理化學研究所(RIKEN)與富士通公司,共同基於Arm架構開發的超級電腦「富岳」,連續第三次名列國際超級電腦500 大(TOP500)排行榜的第一名。

Arm為什麼能夠迅速拓展高性能計算市場?

Arm接連交出的漂亮成績單背後,是市場需求的變化。

「面對未來基礎設施的多樣化要求,傳統的通用解決方案已經不再適用。雲端服務提供商和超大型互聯網公司,正在推動的創新達到了一個前所未有的水準。這些都在驅動整個數據中心的優化逐漸從上層應用遷移到整機,並進一步擴展到伺服器處理器。」Arm基礎設施事業部全球高級總監鄒挺,進一步表示。

「通過Neoverse,Arm和廣泛生態合作夥伴系統正在提供一個獨特的平台,來實現未來針對伺服器晶片的解決方案。其中,AWS Graviton2所帶來的強勁發展勢頭,就是這個共同願景非常有力的證明。」

性能的提升,給有差異化需求的雲端計算提供商針對Arm高性能CPU進行優化的動力。目前,百度智能雲數據庫積極發展Arm平台數據庫產品,已經完成Arm架構的Full Stack程式碼改造和性能優化,性能打平傳統架構平台。

騰訊也持續在Arm架構上進行優化與實踐工作,通過性能測試、數據交流、技術研討等形式不斷推動JDK在Arm架構的發展。據悉,KonaJDK團隊目前完成了JDK8和JDK11等版本的優化,後續也計劃支持JDK17等版本,未來也會加大投入完善JDK對Arm架構的支持。

「基礎設施市場變化非常快速,也在不斷發展,為了滿足這個市場的多樣性與快速變化,必然會出現不同類型的計算解決方案。」鄒挺進一步表示。

「一方面,我們看到超大型互聯網客戶通過Arm IP訂製伺服器晶片,滿足特殊應用場景需求。另一方面,也有大量企業客戶對標準化Arm伺服器晶片帶來的高CP值、優異的TCO(總體擁有成本)表現有著很濃烈的興趣,這也給獨立的Arm伺服器晶片廠商帶來非常廣闊的市場前景。」

鄒挺認為,Arm在雲端領域上已經取得了相對領先的成功。

加大軟體生態投入站穩高性能CPU市場

5G的蓬勃發展,也給Arm帶來了新的機會。輝達將在其5G平台上擴大對Arm架構的支持。

另外,在即將爆發的DPU市場,Arm Neoverse也被多款產品採用。兩個月前,Marvell發表了基於Neoverse N2平台的DPU。上月的英特爾架構日,英特爾透露了其首款IPU產品的資訊,讓人有些意外的是其款IPU集成了Arm Neoverse N1 CPU。

鄒挺認為,DPU連接到主機系統,並通過 PCI-Express 插槽供電,再加上DPU支持專用的工作負載加速器和數據包處理功能,所以DPU中的處理器,能否提供出色的每瓦性能至關重要,Neoverse N系列能夠提供產業領先的每瓦性能表現,是DPU核心的最佳選擇。

業內人士表示,Arm能夠提供更加成熟的軟體工具鏈,也是其在高性能CPU和DPU市場被採用的重要原因。

Arm當然也看到了這一點,並且正在加強其在高性能CPU軟體生態方面的建設。據瞭解,在Armv8時代的十年,Arm軟體開發人員所投入的研發時間超過了1000萬個工時。在Armv9時代的十年,Arm軟體開發人員的投入時間,大概率會超過3,000萬個工時。

具體到基礎設施領域,鄒挺介紹:「通過過去十年的努力,Arm現在擁有大量的OSS項目,ISV也已經支持Arm 64位架構,在Docker Hub上為Arm編寫的容器鏡像數量超過10萬。同時,在Arm硬體上進行CI/CD建構的時間,已經多達每個月超過100萬分鐘。」

企業級雲端原生軟體的支持上,Arm的合作夥伴紅帽近期也宣布,其Openshift on Arm開發者預覽版也在中國落地。

Arm在雲端運算、HPC、5G所需的高性能CPU市場的軟體生態正在成熟,高性能計算CPU的市場也正在迎來新的變化。

本文為雷鋒網授權刊登,原文標題為「Arm正在x86統治的高性能CPU市場「披荊斬棘」