服務器CPU后起之秀挑戰英特爾和AMD
推送時間段：2020-06-29 18:17:17
本周，關于非手機用Arm架構CPU，特別是Arm服務器芯片的好消息扎堆出現。
其中，受關注度較高的有以下三個：首先就是蘋果正式宣布在其Mac系列電腦中放棄使用傳統的英特爾CPU，改用自研的Arm架構處理器；其次，在全球超算TOP500最新排名榜上，搭載Arm處理器的Fugaku奪冠，這也創造了Arm芯片的歷史；再有，就是Arm服務器CPU新銳推出了128核的新品。
與前幾年不斷傳出各種負面消息相比，最近兩年，Arm服務器CPU的好消息不斷，似乎經過技術迭代和性能提升，以及下游用戶對非x86架構服務器CPU需求欲望不斷提升，Arm服務器CPU在技術和市場兩方面都處在上升狀態，雖然與x86系的整體競爭力還有明顯差距，但其發展勢頭似乎迅猛了很多，進入了快速發展期。
之所以如此，首先是因為很多大客戶特別需要Arm結構CPU所提供的性能，另外，基于Arm的軟件生態系統，包括APP和操作系統也在不斷成熟，再有，x86系的創新也在減速。
而云計算的發展，也給了Arm架構處理器發展機會，CPU需要一些特殊的性質和特點來滿足云原生的特點，具體包括：一、可預測的高性能；二、高擴展性；三、高能效。
128核Arm服務器芯片出世
基于這樣的市場需求，今年3月，Ampere公司推出了80核的Arm服務器芯片Altra系列，具有高內存帶寬和高密度等特點。
在過去幾個月當中，該公司一直和中國、美國的幾家世界級云服務商進行密切的合作，主要集中于研究如何能夠提高客戶應用的性能。在深知客戶的應用痛點之后，Ampere又推出了加強版的Altra Max，其最大的特點就是具有128個內核。
從80到128，內核的擴展對數據中心整體性能的提升有怎樣的幫助呢？首先就是最受業界關注的可擴展性。為此，該公司將其Altra系列與英特爾和AMD的處理器進行了對比。隨著核數的增加，性能擴展也呈現線性增長。
Ampere 產品高級副總裁Jeff Wittich表示：“隨著核數增加到160個，我們能夠實現理論上最理想性能的98%。”
圖1：Ampere 產品高級副總裁Jeff Wittich
如圖2所示，與AMD的EPYC和英特爾的Xeon相比，Altra的可擴展性有明顯優勢。
EPYC方面，隨著線程的增加，性能沒有得到相應的增加。Xeon的表現還不如EPYC，他沒有體現出相應性能增加，而且在很早的時候，在線程數量達到20多的時候，性能已經顯示出下降的態勢。
由于英特爾之前不是主要著力于性能的改善，所以隨著線程的增加，功率會逐漸下降。Jeff Wittich認為，特別是在云的環境下，這兩款處理器的缺點更加明顯，因為隨著用戶越來越多，他們可能享受到性能下降的速度非常快。
相反，在使用Altra處理器的時候，在云端隨著新的用戶增加，新用戶在工作流上云之后所享受到的處理器性能和以前是一樣的，不會出現衰減。
圖2
預計到2023年，80%的工作負載將會遷移到微服務上，這意味著未來會需要更好的單核可預測性，每個核的性能是可預測的；需要更高的內核密度，要求單核的功耗更低，功效更好，而且這種趨勢在未來也會不斷的加速。這也是推出128核Altra Max處理器的原因。
Altra Max也是基于臺積電7nm制程工藝的，它的樣品會在2020年第四季度提供。據Jeff Wittich介紹，Altra Max和Altra兩款產品是插槽兼容的，有同樣的內存。這就意味著客戶用于Altra的開發平臺，也可以用于Altra Max。
未來，Ampere還會有一系列的產品推出，包括一款5nm制程工藝的Future，將在2022年面市。
5nm的這款產品已經完成了測試芯片的流片。Jeff Wittich表示，Ampere設計的理念就是讓云的服務商和ODM使用起來非常方便，每個品類都支持兩個插槽，都有同樣的IO擴展性。
我們一共有11個品類的系列產品，云和ODM客戶可以根據他們的應用類型和TDP偏好進行選擇。較低TDP的功耗也是非常有益的，與AMD的EPYC相比，同樣是64核，Altra的TDP能夠做到100以下，隨著TDP的下降，所展現出的性能優勢會更加明顯。
在一些功耗要求很低的應用場景，如邊緣計算方面，能夠提供32個高性能內核，而其TDP只有45到58Watts。Jeff Wittich表示：“沒有其他的同類產品能夠像我們一樣提供這么多高性能的內核和如此低的功耗，并且不需要使用風扇。”
圖3對于客戶從x86移植到Arm的問題，Jeff Wittich表示，在這個過程中，特別是應用到Altra處理器的終端用戶所需要做的工作越來越少，我們有一些軟件工程師在進行這方面的支持工作，保證基礎方面的工作順利進行。我們也對系統跟內核進行優化，Java方面也做了很多基礎性工作。我們每天都會對一些基礎軟件的迭代更新進行實時整合更新，這些基礎系統軟件在Altra平臺上運行沒有問題。
合作伙伴
據Jeff Wittich介紹，Ampere已經擁有多家合作伙伴，如packet、CLOUDFLARE、Scaleway、Phoenics、GenyMotion，以及英偉達等。
據悉，Ampere已經與packet合作了很多年，這是一家為云開發者提供基礎設施及服務的供應商，packet已經開始使用Altra處理器。CLOUDFLARE主要做網頁的存管，他們對Altra處理器的功耗以及性能非常贊賞，據悉，今年年底他們會發布使用Altra處理器的一些相關數據指標。
此外，該公司還與整個生態系統中其他類型的合作伙伴有合作，比如一些ODM，他們也將Ampere的產品集成，為終端用戶提供服務。Phoenics將在未來幾個月內將Altra系列產品加入到他們提供的系列產品當中。
Jeff Wittich表示：“未來幾個月，我們還會宣布一系列新的系統集成商合作伙伴，特別是中國的合作伙伴。”GenyMotion將會基于Altra系列產品向市場提供相關服務。Genymobile主要提供安卓虛擬設施和服務，這在中國的發展前景是非常廣大的。
最近，英偉達宣布他們提供了一系列的工具和CUDA庫，都是基于Arm的版本。過去幾年，Ampere一直在和英偉達合作，使用Altra處理器，幫助他們開發基于顯卡的軟件堆棧。未來，AI、圖像處理等都能運行在 Altra處理器上。此外，有一些中國大型云服務商也在使用Altra。
