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ARM加速更迭,國產替代迎新戰機

劉曠 發布時間: 2022-08-13 09:22:31 評論數 0 閱讀量: 4076

配圖來自Canva可畫

近年來ARM的風頭,似乎正在蓋過傳統的X86架構變得日益流行起來。其實,早在更早之前ARM就統治了手機、嵌入式應用市場,還在蘋果的加持下在PC賽道嶄露頭角;如今在一些高性能計算領域,ARM更是贏得了一眾云服務廠商的青睞。


隨著眾多廠商的入局以及ARM技術優勢的顯現,ARM架構在數據中心服務器市場的滲透率正在逐年提升,基于此業內甚至不時發出ARM時代到來的感嘆。不過,當前行業是否進入了ARM時代還值得商榷,但一個不容置疑的事實就是圍繞ARM的擴張運動,已然拉開了帷幕。


ARM架構加速滲透


根據TrendForce數據預測,隨著云數據中心采用推動的逐漸增長,預計到2025年,ARM架構在數據中心服務器市場滲透率將達到22%。這個數據意味著基于ARM架構的服務器,將在未來3年實現翻倍增長,這也意味著ARM將帶來不可逆的行業變化。


長期以來,PC端的CPU多是基于Intel的X86架構以及后面擴展的X86-64架構,其主要的代表性廠商是intel和AMD。事實上,也只有intel、AMD和臺灣威勝公司,擁有X86的長期授權,隨著X86的大放異彩,這些相關公司也都一一賺的盆滿缽滿、聲望如日中天。不過,眼下這種局面正在隨著ARM架構的崛起而發生扭轉。


據分析機構New Street Research估計,在價值250億美元的智能手機芯片市場,ARM約占 99%的份額。從無人機、洗衣機到智能手表、汽車等各個領域,其產品被廣泛應用于各個領域,而ARM能夠受到越來越多的歡迎,與其自身在多方面的優勢分不開。


首先,是具備降低硬件成本、提升效率的性能優勢。近些年來隨著技術的發展,X86在不斷實現復雜功能指令的指引下將指令集變得愈加復雜,后來的研究者逐漸發現了這種模式的不足,于是推出了精簡指令集,這為隨后出現的ARM誕生奠定了很好的基礎。ARM處理器的ISA復雜度更低,開發成本更低,且能夠勝任簡單且多線程的負載,這也是其受到了外界越來越多重視的原因之所在。


其次,ARM此前被人詬病的軟件短板也在逐漸被補齊。目前,所有的大型操作系統包括Linux、BSD、Windows都可以得到ARM架構的支持;容器化,包括虛擬化工具如docker、VMware、KVM和Kubernetes都可以在ARM架構內運行;編程語言,包如CUDA和Java也都可以得到ARM的支持。


有了這些軟件層面的支撐,ARM架構與X86架構在面對用戶時已經沒有太多區別了。再加上ARM本身的低費用和高運行速度,用戶自然更愿意選擇性價比更高的ARM,ARM的這種性價比優勢,也讓它在曾經“敗北的”服務器市場再次“卷土重來”。


ARM服務器嶄露頭角


其實,ARM早就對服務器芯片市場“垂涎已久”,怎奈ARM在整個市場的發展并不如意,其也曾經幾度在服務器市場折戟。盡管如此ARM依舊沒有放棄這個市場,并伴隨著云服務的快速崛起,其正在這個市場中重新找到屬于自己的位置。


早在2008年,ARM就開始醞釀服務器芯片計劃,乘著ARM 64東風的高通、博通、微軟、華為、飛騰等,也陸續開發了各自的ARM服務器CPU,此后AMD、三星、高通等廠商也都紛至沓來,但都難逃無疾而終的命運,其他的小廠也大多在短暫嘗試之后宣告偃旗息鼓??傊?,在前后經歷了上十年的發展之后,ARM依舊沒有沖破X86對服務器市場的掌控。


2019年,隨著ARM的Neoverse平臺路線圖的推出,其對服務器市場的滲透率開始有了實質提升。該平臺推出的N1/E1核心IP,為其服務器產品推廣有“名分”的處理器IP奠定了良好基礎。在此基礎上,行業廠商頻頻發力,使ARM的處理器性能和生態不斷增強,實力與日俱增。


一是,它滿足了云服務廠商們多元化的算力需求。對于不同的云服務廠商而言,其所構建的生態性能并不相同,其對芯片的性能需求也因此存在差異,而過去統一的通用芯片并不能解決其所面臨的現實問題。在此背景下,定制芯片往往可以發揮出生態的價值,亞馬遜成了云廠商中,基于ARM架構定制自研服務器芯片的第一個“探索者”,其也的確取得很大的成效,并由此引發了一眾科技巨頭的紛紛效仿。


公開資料顯示,亞馬遜自研的第一代服務器芯片Graviton 1,在大幅度提升時鐘頻次的同時,還同時節省了45%的成本,逐漸使其成了眾多入門客戶的首選。此后,推出的Graviton 2,在性能上較前一代提升了40%,成本卻還降低了20%,還成為了AWS最省電的處理器芯片,用戶體驗體驗持續提升。此后,微軟、谷歌包括國內的BAT、華為等廠商,都加入了這個自研服務器芯片的行業,并且其中很多廠商均選擇使用ARM架構。


說到底,X86受限于AMD和英特爾,使得云服務商無法對芯片性能做進一步的優化,它們轉向條件更優的ARM其實是必然。


二是,近年來從PC設備到移動智能設備的遷移中,ARM架構的生態優勢逐漸凸顯。在移動時代X86因復雜指令集受限,低性能與高功耗之下“完敗”ARM,只是憑借著PC端“幾近壟斷”的強勢地位,保持了其行業頭部的地位,但在移動時代這種“缺陷”依舊使其備受掣肘,尤其是隨著蘋果基于電腦ARM芯片的研發成功,ARM的勢力范圍幾乎已經從曾經擅長的“移動市場”,進入了X86的核心領地。


如今隨著云服務廠商競爭的白熱化,更具備差異化定制優勢和性能迭代優勢的ARM架構正在席卷云服務市場,而服務器芯片正是其發力的重要領域。


當然,目前來看ARM在云服務器市場的表現,尚且處于“小河才露尖尖腳”的階段,但相比曾經數年未曾寸進的成績來看,目前這種發展態勢無疑是個很大的勝利。


X86架構迎來“諾基亞時刻”?


總體來看,無論是在移動市場的強勢還是在新市場的火爆,ARM都讓不少行業內人士認定,其已經具備了取代傳統X86架構的相當實力,甚至有人認為X86 正在重蹈曾經諾基亞手機的“覆轍”。不過,從現實情況來看,當下這種情況還不會發生。


首先,X86和ARM在服務器市場的力量對比實力太懸殊,且短期之內還很難縮短這一進程。盡管ARM的增長勢頭喜人,但截至去年為止,全球服務器芯片的架構依舊以X86為最大,據去年9月份IDC發布的《全球服務器季度跟蹤報告》顯示,X86服務器收入占全球服務器收入的90.3%,非X86(包括X86、RISC-V等)服務器收入占到了全球服務器收入的9.7%。


一些投資機構提供的數據則顯示,目前在國內服務器市場中,X86架構市場占比依舊高達96.4%,基本為英特爾所壟斷。而現階段,ARM的數據中心服務器采購仍是以小批量為主,且客戶多以超大規模的數據中心為主,范圍仍受到明顯限制。另外,如前文所述,即使后期ARM在服務器市場增長飛速,并在2025年達到22%以上,x86架構仍然是市場的主流,力量對比并不會因此瞬間縮小。


其次,ARM應用的領域與英特爾的應用領域存在明顯差異,且生態協同還需要進一步的補足。目前,X86依然是數據中心的主流架構,而Arm架構則多應用在特定負載上,比如為CPU分擔網絡處理任務(現在最熱的DPU多為Arm架構)。此外,相比X86的“老辣”,“年輕”的ARM還需要時間去進一步提升自己的生態構建能力,畢竟ARM真正打開局面也不過才這幾年的事情,其基于服務器生態的搭建尚且還不是十分完善,這些也都需要時間去消化。


值得一提的是,在X86與ARM之外,RISC-V作為一種開源新架構,也正在悄悄進入服務器市場與前兩者展開爭奪。以此來看,在這個巨頭云集的市場,未來或許會演變成更為復雜的格局,而絕不是“你死我活”的單一格局。


國產替代迎來戰略機遇期


目前來看,ARM架構的大發展不僅是芯片行業以及智能計算行業的一個機遇,也是當前我們所推動的國產替代浪潮的一個戰略機遇。


從自身角度來說,云服務廠商做ARM服務器CPU,很大原因是其可以做到“自產自銷”。對于云廠商來說,它們之所以可以“無所顧忌”地“下場做芯片”,核心原因還在于其完善的內部生態,使其不必顧及“芯片外售”問題,其龐大的內部應用就足以消化,這是很多初創型企業所不具備的。


從ARM架構自身來說,其自身的生態已經成型,其開源市場正在面向中國開放,這為國產替代提供了相當良好的外部環境。據ARM的最新統計數據顯示,基于ARM架構的芯片出貨量已經累計突破了2000億顆,其中第一個1000億顆用了26年時間,但第二個僅用了4年即已經完成,足見ARM架構在新應用環境下的增長之快,而這種快速增長離不開其長期堅持“軟硬兼顧”的戰略落地。


比如,它堅持以高效率、高性能為導向,十數年來堅持工藝制程與EDA工具改進,由此獲得了開源與商業軟件生態的廣大支持,其靈活和創新的生態系統正是吸引國產廠商,包括騰訊、阿里云、華為等頭部企業參與其中的核心原因。而為了推動ARM架構與中國軟件對接,ARM也在積極推動與中國的開源組織、項目以及社區展開合作,共同推動中國云原生軟件在ARM上的快速運行。以上種種,都為中國的國產系統崛起創造了良好的條件。


目前,阿里云研發的服務器操作系統—龍蜥操作系統,就可以同時支持X86和ARM多種芯片架構和計算場景;華為的歐拉操作系統openEuler,也同樣支持包括X86、ARM在內的多種架構……


當然,當下國產替代的選擇并不單一,除了ARM之外RSIC-V也是國產替代可以考慮的范疇。不難預見在技術革新加速的今天,依托國內規模龐大的物聯網生態和信創軟件生態,國內操作系統有望利用內外部機遇,尋找到破除“缺芯少魂”卡脖子困境的最優解。

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