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                        ARM服務器又殺回來了

                        來源:投資界 作者: 更新時間:2022/7/29 9:28:41

                        摘要:面對自身的優勢和不足,ARM亟待完善生態系統并等待市場的檢驗。尤其在當前,智能手機、個人電腦等消費市場需求疲軟的態勢下,搶占服務器市場成為ARM新的突破口。

                          近些年來,ARM風頭一時無兩。

                          它不僅僅統治了手機、嵌入式應用市場,在蘋果的加持下也開始在PC桌面賽道展露頭角。如今在一些高性能計算領域,一眾云服務廠商也宣稱正在使用ARM處理器芯片。

                          ARM挾獨特優勢進軍更具潛力的市場,Neoverse的誕生為其開辟出一條新賽道。然而,在服務器市場數次鎩羽而歸的ARM,這一次能走多遠呢?

                          近年來,以5G、人工智能、物聯網為代表的新興技術正在加速智能化應用的爆發,同時企業對包括人工智能和高性能計算在內的數字化轉型需求加速,導致云計算的使用率越來越高。

                          在此趨勢下,為了提高服務的靈活性,全球各大云服務供應商都陸續推出了基于ARM架構的服務器,來幫助滿足不斷增長且多樣化的市場需求。

                          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滲透率將達到22%。

                          ARM架構加速滲透

                          長期以來,x86架構占據數據中心服務器市場的主流,市場占有率達到90%以上。

                          ARM雖說從2008年開始便計劃進入服務器芯片市場,但由于當時在服務器生態上的孱弱,不少芯片廠商投入數年后便紛紛放棄該賽道,ARM架構始終未能撼動x86的霸主地位。

                          然而,時過境遷。隨著云計算需求變革以及ARM體系性能和生態環境提升,一眾高手紛紛加盟,企業開始逐漸轉向采用ARM架構,帶動了云端采用ARM架構服務器比例的增加,基于ARM架構的服務器芯片陣營或將掀起新一輪的“突圍”。

                          賽迪顧問集成電路中心負責人滕冉曾在接受采訪時表示,與x86架構相比,ARM的優勢在于降低硬件成本、提高效率。ARM處理器的ISA復雜度更低,開發成本更低,且能夠勝任簡單但多線程的負載。

                          TrendForce也列出了ARM的幾個優勢:基于ARM的服務器可以支持多樣化和快速變化的工作負載,并且更具可擴展性和成本效益;其次,對于不同的利基型市場能夠提供更高的定制化,生態系統也更靈活;另外,ARM架構服務器體積相對較小,符合現今微型數據中心的需求。

                          另外在生態方面,ARM此前被人詬病的軟件短板也在逐漸被補齊。當前,所有大型的操作系統,如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架構運行。編程語言,包如CUDA和Java也都可以得到ARM的支持。

                          可見,有了軟件層面的支撐,ARM架構與x86架構在面向客戶時已無太大差別。有云服務商表示,其很多客戶不在乎采用ARM還是x86,而是關心系統運行速度更快或費用更低,或者哪種服務器有更多內存。

                          結合當今的地緣政治形勢以及各國對數據主權的需求增加,*云服務提供商和電信公司正在積極開發微型數據中心,這將進一步帶動ARM架構處理器在數據中心的滲透。

                          然而,業內也有聲音指出:“在服務器領域,ARM架構處理器在規模效應和穩定性方面仍存在不足。”

                          規模效應:雖然ARM服務器在一些特定領域具有優勢。但這樣的優勢對普通用戶而言,如果沒有形成規?;?,則無法將優勢轉化為收益。相反,針對x86架構,IT廠商也在推出各種不同的產品,盡可能滿足用戶的差異化需求。

                          穩定性:另一方面,穩定性也是ARM要應對的一大難題。對企業級用戶來說,穩定性是重中之重,雖然已經有許多軟件支持在ARM服務器上運行,但僅僅支持是不夠的,服務器的設計目標要求24小時不間斷運行企業業務,任何不穩定的服務器都會首先被排除在外。相比x86生態的久經驗證,ARM顯然還“年輕”很多。

                          面對自身的優勢和不足,ARM亟待完善生態系統并等待市場的檢驗。尤其在當前,智能手機、個人電腦等消費市場需求疲軟的態勢下,搶占服務器市場成為ARM新的突破口。

                          ARM服務器“卷土重來”

                          ARM想要在服務器領域有所作為早已眾所周知,其從2008年就開始對服務器市場發起沖擊,只可惜都沒掀起多少波瀾。

                          ARM陣營門徒眾多,但在服務器芯片領域卻一直走的十分坎坷。2008年,ARM開始醞釀服務器芯片計劃,隨后乘著ARM 64的東風,高通、Cavium、博通、微軟、華為、飛騰等都陸續開發了各自的ARM服務器CPU,后來又經歷了AMD來了又走,高通高調入局卻折戟沉沙,三星暗自發力也難逃無疾而終。

                          一些小廠更是在推出幾款ARM服務器CPU之后,就再也沒了后續消息。國內方面,華芯通做了幾年后也關門了,ARM服務器一度陷入低谷。十多年的發展,ARM服務器芯片依然無法對X86造成有力沖擊,ARM服務器一度陷入低谷。

                          不過,近兩年ARM陣營仿佛又開始慢慢熱鬧起來了。ARM自己的Neoverse平臺路線圖也成為了滲透的關鍵驅動力之一。2019年,ARM引入Neoverse產品線,并發布了Neoverse N1/E1核心IP——這是ARM*次專門針對服務器產品推廣有“名分”的處理器IP。


                          在此基礎上,隨著行業廠商頻頻發力,ARM處理器性能和生態不斷增強,選擇ARM架構對于云服務提供商來說,不但滿足了更多樣化的算力需求,也成為其市場競爭的強力武器。

                          從當前市場來看,AWS的Graviton芯片擁有*的市場份額。2018年,AWS*推出基于ARM架構的自研服務器芯片Amazon Graviton,將部分工作負載能耗降低至45%;2019年底推出Graviton2,將針對各種工作負載又提升了40%的性價比。

                          借勢而上,AWS又在2021年12月推出了Graviton3,采用5nm工藝,64核,集成了550億晶體管,主頻2.6Ghz,支持bfloat16,PCIe5.0,性能和功耗再度實現優化。據悉,在相同性能下,Graviton3處理器與同類型基于x86的實例對比,可節省高達60%的能耗。

                          同時,AWS還發布了采用了Graviton 3的C7g應用實例,成為業界*采用ARM Neoverse架構并支援DDR5的云端應用實例。鑒于其優異的表現,AWS攬入了Domo、F1方程式賽車、Snap等一干重量級客戶。

                          前幾年,盡管有廠商推出ARM服務器芯片,但都無果而終,數據中心始終不見ARM芯片的身影。Graviton芯片的開發和使用是一個轉折點,讓ARM服務器芯片真正實現落地,有機會在大規模數據中心中一展身手,而軟件合作伙伴也可以加入并證明其堆棧和應用程序可以與ARM架構所兼容。

                          如今,Graviton處理器已經遍布AWS的全球網絡。據TrendForce數據統計,AWS部署的基于ARM架構的處理器在2021年達到其整體服務器建設規模的15%,預計這一比例今年將超過20%。

                          AWS的成功也引發了行業的潮流,其他主要的云服務提供商也在積極布局ARM服務器項目,以跟上AWS的步伐。

                          華為研發出鯤鵬920芯片,并推出了基于該芯片的TaiShan服務器,后因受制于制裁,下一代“鯤鵬930”一直無法如期發布;阿里旗下平頭哥半導體也發布了服務器芯片倚天710,使用了最新的ARM v9架構,并計劃應用在自己的服務器中。微軟、甲骨文等巨頭也相繼啟動了自研芯片的計劃。

                          近日,谷歌云宣布開始采用基于ARM技術的芯片,成為又一個加入這一轉型浪潮的大型科技公司,從而給英特爾和AMD帶來更大的壓力。谷歌云表示,其新產品將基于Ampere的“Altra”芯片。此外,據知情人士透露,谷歌云下一步將開啟自研ARM服務芯片的既定計劃。

                          ARM架構服務器正在取得快速的進展。對云服務商來說,自研ARM芯片很有必要性。

                          這些企業都會大量采用計算芯片,然后通過其付費云服務將計算能力租借給軟件開發商。這些企業仍會繼續基于x86芯片提供服務。但是,隨著谷歌加入ARM陣營,幾乎所有大型云服務提供商都已經開始提供基于ARM的云計算服務。

                          x86架構的CPU受限于英特爾和AMD,云計算廠商無法做進一步的特性優化。在當前頭部幾家云計算廠商已發展成熟并進入競爭階段的情況下,每一家都需要做出更多差異化及競爭優勢。從這個層面來說,自主研發可控的ARM芯片也就具備一定的戰略意義。

                          以亞馬遜、阿里等為代表的云計算巨頭正在自研ARM處理器芯片的路上越走越遠,使用ARM芯片的服務器也在不斷投入使用,數據中心處理器格局正在悄然發生改變。

                          ARM架構在云端的興起,迎合了大數據和云計算時代對特定算力的需求,GPU、AI芯片均受益于此。除上述提到的云廠商外,包括富士通、Marvell、飛騰、英偉達等廠商也均推出了ARM架構服務器芯片。

                          在GTC 2022大會上,英偉達推出了采用ARM v9 CPU架構的Grace CPU,主要面向HPC和AI應用,該產品線預計將在2024年后大幅提升基于Arm的服務器CPU的出貨量份額。英偉達初探服務器CPU市場,將對手鎖定在AMD最新的Epyc處理器。英偉達此番挑戰,也引來AMD是否將重返ARM架構服務器CPU市場的討論與猜測。

                          早前曾有消息報道,字節跳動早在2021年3月就開放了大量ARM相關職位,包括ARM服務器系統的性能和功耗優化,ARM服務器產品架構端到端設計和優化等,持續布局新架構下的服務器業務。近日,字節跳動自研芯片的消息再次登上熱搜,字節跳動發言人表示,因為無法找到能夠滿足要求的供應商,公司正在探索可供自身在專業領域使用的芯片設計。

                          此外,上面提到的初創企業Ampere的表現亦可圈可點。Ampere公司去年重磅推出了128核的Altra Max,進一步擴展了云原生處理器產品系列,將ARM服務器芯片的性能推向新高度。Ampere通過新一代的 64 位 ARM 服務器架構,以*的云性能、出色的能效和靈活的擴展性,助力客戶迅速地定制與交付各種云計算應用。

                          騰訊云在2021年底發布的CVM 標準型SR1服務器,內置的ARM處理器——2.8GHz的Ampere Altra處理器,可用于各種類型和規模的企業級應用等。阿里云也發布了類似的服務器,同樣采用Ampere Altra處理器,可用于網站和應用服務器、游戲服務器等場景。此外,Ampere還向微軟和甲骨文等公司出售芯片。

                          如果進一步觀察,金山云、京東云等國內云服務商也推出了自己的ARM處理器服務器實例。算上更早就與ARM展開合作的百度云和華為云等,國內的云服務商已經開始全面擁抱基于ARM處理器的服務器。

                          可以說,當下ARM架構的迅速發展,很大程度是由云廠商們的崛起帶動的,云服務廠商的采用和加盟在用實際行動表達對這條路徑的厚望。

                          可見,ARM服務器CPU市場正在“卷土重來”。

                          ARM能否取代x86?

                          不過需要注意的是,雖然增長勢頭喜人,但ARM架構在數據中心面臨的挑戰依然強大,短時間內難以撼動x86處理器在服務器市場的統治地位。

                          目前,全球服務器芯片的架構仍然以x86獨大,ARM與其他架構份額較小。2021年9月,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ARM、RISC-V等)服務器收入僅占全球服務器收入的9.7%。


                          天風證券數據顯示,在國內服務器市場,x86架構市場占比高達96.4%,更是基本由英特爾壟斷?,F階段ARM架構在數據中心服務器仍只是小批量采購,并以超大規模的數據中心為主,而在以企業為主導的數據中心市場進度緩慢。

                          有業內人士指出,ARM在整個服務器生態鏈的構建方面,包括對服務器操作系統的兼容性、開發套件的支持到服務器的生命周期管理等還處于初期階段,這也是導致ARM長期以來在數據中心服務器領域的推進速度仍然不算快的主要原因之一。

                          整體來看,即使是增速較快,到2025年,ARM架構在數據中心預期的市占率也只有22%。x86依然是數據中心的主流架構,而ARM架構還多應用在特定負載上。所以業界普遍認為,將來不太可能出現ARM完全取代x86的局面,而是雙方在“一云多芯”架構下共同發展。

                          國產廠商的泡沫與機遇

                          從生態及市場化角度來看,x86已形成較為龐大的桌面端及服務器端生態體系,遷移成本低,具備很好的產品化、市場化生態條件;ARM架構雖為新興力量,但是也已在移動端具備*的優勢地位,并且生態不斷向桌面端及服務器端拓展,未來有望形成良好的產業生態。

                          東興證券表示,ARM架構無論是從自主可控角度還是市場化、產品化角度,都有可能在芯片自主道路中率先突圍,彌補中國芯片領域的短板。

                          在這種趨勢下,除了早有布局的華為云、阿里云等云服務廠商,國內也掀起了一波ARM CPU創業潮,一批初創公司試圖開發ARM服務器CPU,包括啟靈芯、鴻鈞微、此芯、遇賢微、西芯等。其中部分頭部公司的估值達到2-3 億美元,這一波ARM CPU創業潮吸引了高瓴、啟明創投、光速中國、云九資本、順為資本、元禾璞華等一批資本前來助威,一些善于講故事的弄潮者在半年內已估值翻倍。

                          但是,有業內資深人士對此直言,國內這些ARM服務器CPU創業公司雖然被資本吹捧,但其技術實力與國外大廠差距甚遠,和國內的華為、阿里ARM服務器CPU相比差距也是明顯的,而且單純的芯片設計公司還存在難以找到市場和應用場景的現實問題。

                          其他架構與英特爾x86相比,*的差距不是性能,而是生態和應用。無論是什么架構,最后推動起來還是靠應用,所以架構本身意義其實并不大,關鍵是要看怎么做應用和生態,架構生態的活躍度和支持度。

                          云服務廠商做ARM服務器CPU,很大原因是因為其可以“自產自銷”。無所謂有沒有買家,也不愁找不到應用,云廠商完全可以通過公司內部資源整合完成“內循環”,這是國內任何一家ARM造芯新勢力所不具備的。

                          況且單純依靠商業市場,Ampere等企業已占據先發優勢。據了解,目前全球已經有七大超大規模的數據中心采用了Ampere的產品。在其芯片出色性能的助推下,除了上述的云廠商以外,Ampere還與富士康、技嘉、浪潮、超微和緯穎等建立了合作關系,目前全球更是已有40多個服務器平臺支持Ampere Altra系列處理器。

                          Ampere已經在ARM服務器芯片市場坐穩了一席之地,且正在馬不停蹄的向5nm的AmpereOne芯片目標邁進。這也對國產ARM服務器芯片初創企業構成了不小的沖擊。

                          不過,國內也有企業具備高度自主研發ARM服務器芯片的設計根基,在自主創新、安全可控、產業生態、芯片性能等方面綜合實力較強。天津飛騰聚焦于國產芯片研發,自身不設計生產服務器,而是直接向服務器合作廠商(如長城、浪潮、聯想、寶德、同方、五舟等)出售服務器芯片。天津飛騰發展較早,目前產品布局和生態都還不錯。


                          如今ARM體系性能正在持續提升,生態環境也在逐漸改善,還需要相關產品、軟硬件的協同創新。盡管短期來看在服務器領域很難替代x86,但還是抱有希望持續進行,以華為、阿里、飛騰為代表性的企業,正在扛起國產ARM服務器CPU的大旗。

                          未來,需要有更多公司參與其生態建設,ARM架構才能在服務器領域走得更遠。

                          結語

                          全球來看,X86、ARM已經形成了楚河漢界,在各自的地盤里地位穩定。

                          然而,近年來,在智能手機領域聲名大噪的ARM因為市場增速放緩和RISC-V的崛起而備受質疑,但Neoverse 的到來,再次為其在服務器領域撕開了一道口子。

                          考慮到ARM過去數十年的成功經驗,以及行業廠商的再次發力,這個IP巨頭的未來值得期待。

                          在ARM攻城拔寨的同時,另一個架構RISC-V也對服務器市場產生了興趣。眾多RISC-V芯片如雨后春筍般破土而出,也希望能夠在這個市場與ARM一較高下。

                          這個賽道越來越熱鬧了。

                          責任編輯:張華

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