在x86與Arm之間殺出一條血路

作者 : 邵樂峰,EE Times China

資料中心處理器巨頭們近期連續發功——橫向,傳統的「X86架構」陣營和迎來第三波發展浪潮的「Arm架構」陣營輪番推出新品;縱向,同一陣營內部的友商間,為了擴大市場佔有率,紛紛開啟PK互打模式……

儘管受到新冠肺炎疫情的影響,但來自資料中心的需求仍然源源不斷。根據Omdia的資料,2020年全球伺服器出貨量達1,290萬台,比2019年增長8.3%;而TrendForce則預計,2021年全球伺服器出貨量將增長超過5%。中國得益於超大規模資料中心的建設,今年第一季,中國佔據全球伺服器總需求的27.2%,出貨量相當強勁。

正因為如此,資料中心處理器巨頭們近期連續發功——橫向,傳統的「x86架構」陣營和迎來第三波發展浪潮的「Arm架構」陣營輪番推出新品;縱向,同一陣營內部的友商間,為了擴大市場份額,紛紛開啟PK互打模式。而更值得關注的一個大消息,則是一支處理器的「新生力量」,宣佈將於2022年推出採用自行研發架構的伺服器CPU晶片,準備硬生生在x86與Arm間,殺出一條血路。

x86陣營的佈局

英特爾(Intel)與AMD在高性能伺服器處理器市場上的爭鬥,歷來是產業最關注的事件…

3月15日,AMD發佈採用台積電7nm製程的全新EPYC 7003系列處理器,其中包括了代表著伺服器CPU性能新高的AMD EPYC 7763處理器。在最多可達64顆的「Zen 3」核心、全新等級的每核心快取記憶體、PCIe 4連接、更多I/O和記憶體輸送量等先進科技的加持下,EPYC 7003系列處理器每時脈指令集(IPC)性能提升高達19%。

AMD方面表示,EPYC 7003系列是目前全球最好的資料中心晶片,超越了競爭對手英特爾。預計到2021年底,EPYC處理器將會與包括AWS、思科(Cisco)、戴爾科技(Dell)、Google Cloud、HPE、聯想、微軟(Microsoft) Azure、甲骨文(Oracle)雲端基礎架構、Supermicro和騰訊雲等在內的眾多合作夥伴攜手合作,為其生態系統帶來超過400個雲端應用實例,以及超過100個新OEM平台。

被AMD搶了風頭的英特爾自然不甘落於人後。4月7日,英特爾宣佈推出第三代Xeon可擴展處理器(代號Ice Lake),其主要亮點包括:採用Intel最新的10nm製程,單個晶片最多包含40核心。與上一代20核Cascade Lake相比,IPC性能提升20%;在主流資料中心工作負載上性能平均提升46%;74%的人工智慧(AI)推理性能增加;與5年前的老系統相比,平均性能提升2.65倍。

 

 

而為了應對資料中心AI負載任務的增長,第三代Xeon處理器透過代際硬體平台改進、軟體最佳化,在機器學習用例中,比如XGBoost演算法、Kmeans演算法等方面,實現了1.3~1.6倍的性能提升;針對深度學習應用中常見的影像辨識、影像分類、語言處理等,DL Boost指令實現了1.45~1.74倍的性能提升。

「重整旗鼓」的Arm陣營

日前,Oracle雲端基礎架構工程執行副總裁Clay Magouyrk發表了題為《Arm-based cloud computing is the next big thing: Introducing Arm on Oracle Cloud Infrastructure》的文章。他在文章中指出,市場正在發生變化,Arm處理器現在在智慧型手機、邊緣裝置上隨處可見,並越來越多地用於PC、筆記型電腦和伺服器,過去三年裡,平均每年出貨220億顆基於Arm架構的晶片。

作為雲端技術供應商,Oracle看到了上述趨勢,並加快了擁抱Arm伺服器的進度。為此,Oracle宣佈推出了全球首個正式全面啟用Ampere Altra的雲單平台,並透過Oracle Cloud Infrastructure (OCI)對用戶開放。依照Magouyrk的說法,OCI的Ampere A1平台是雲端運算中的性價比的絕對領先者。基於產業標準SpecInt和SpecFP基準,Ampere A1的性價比是同類基於Arm的伺服器實例的2.5倍,是同類基於x86的Intel Skylake或AMD Naples實例的4倍或更高。

 

 

另一家科技巨頭AWS的動向也值得關注。自2020年5月開始上線基於Arm架構的自研Amazon Graviton2處理器的EC2通用運算M6g雲端產品後,又陸續推出為處理記憶體中大型資料集的工作負載的R6g,運算密集型應用程式的C6g,以及近日新上線的專為記憶體密集任務設計的X2gd等,使其支援的Amazon EC2組合愈加豐富。而且從目前客戶的回饋中,性價比普遍提升40%以上,著實令眾多雲端服務使用者心動。

美國知名的CDN加速服務商Cloudflare不久前發佈的部落格中介紹了他們用自己的基準測試套件(基於開放原始碼的cf_benchmark)得到的Ampere Altra的性能,以及與AWS Graviton2的比較。與AWS Graviton2相比,Ampere Altra包含的物理核心多25%,運行頻率高20%。由於Altra的核心數量和頻率更高,無論是多核心的整體性能還是單核心,理論上Ampere Altra的性能都要比AWS Graviton2有優勢。

 

 

神秘的「第三條路」

 

然而正當業界為x86和Arm兩大陣營的發展前景各執一詞之時,前面提及的Ampere卻釋放了一些不尋常的消息——他們準備將從Arm的Neoverse核心切換到自己全新定義的CPU微架構上,並為此在過去三年中進行了大量準備工作。

這是個大消息,超出了很多人的預想。Ampere產品長Jeff Wittich不久前在接受媒體採訪時對此進行了解釋。他說作為Arm架構的授權方和重要合作夥伴,Ampere在早期產品中就已經使用了Arm IP,例如80核心Altra和128核心Altra Max均採用了Arm核心,性能表現非常出色,可預測的高性能、高可擴展性和高能效的特性是其最重要的三點,這也是對雲端原生非常重要的方面。但與此同時,Ampere也在開發自家的IP。

 

 

之所以選擇自行研發,據Ampere在今年產品發展藍圖說明會所公佈的消息,是因為Ampere開發的產品是專門針對於雲端,而不是其他資料中心或者其他客戶的應用。因此只能從微架構開始一直向上自己研發產品,才能為客戶提供專門的客製化服務,滿足客戶的需求。

 

 

「從性能的角度考慮,Ampere希望能夠進一步地最佳化微架構,來實現更高層級的性能。」Wittich說,目前可供選擇的方法,包括持續增加核心數量;確保核心之間相互隔離,不會相互干擾;提供更低功耗,能夠滿足客戶創新需求的雲端伺服器性能;透過使用自研核心,加快處理速度,提高效率等。

儘管沒有透露更多新一代5nm處理器的細節,也沒有與Arm Neoverse核心性能進行公開比較,但已知的消息顯示,新產品將使用相容Arm的自有核心。預計2022年送樣,而且未來五年內,產品發展藍圖會更富創新性,性能更高、功耗更低,並且為雲端賦予更多獨特的功能。

 

 

在回答「雲端原生時代Ampere將採取何種商業模式」時,董事長暨執行長Renee James表示,作為一家開放的公司,Ampere應雲端而生,不僅使用開放原始碼軟體,同時還參與多個開放原始碼專案,持續最佳化C編譯器、GCC和Linux kernel,並透過雲端與業界分享其所有的產品資訊。以此為基礎,Ampere在過去幾年裡和微軟、騰訊、Oracle、UCloud和位元組跳動科技等領先廠商建立了密切的合作關係。

目前Ampere推出的多款產品,在多個雲端原生運算的關鍵指標上都領先x86系的產品,同時公開的新聞表示Ampere也已經與多家大廠達成合作。不僅如此,Ampere還將在明年發佈自己的全新自家研發核心產品,使其成為了x86與Arm兩大陣營不容忽視的新力量。

在x86與Arm的龍爭虎鬥中,Ampere能否真正成為雲端原生領域的第三條道路,還需等待明年的最終發佈。

本文原刊登於EE Times China網站

 

 

 

 

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