x86統治的高性能CPU市場 ARM狠狠撕開一道口子

摩爾定律持續發揮作用的幾十年間，無數應用受益於晶元性能的快速提升，晶元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占有絕對優勢，ARM CPU統治移動網際網路市場。

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統治的雲計算、HPC市場取得了值得關注的成績。並且，正在快速增長的DPU和5G市場，ARM也雄心勃勃。

三年推兩代產品

2018年10，ARM推出了ARM Neoverse，這是面向雲到邊緣基礎設施產品，ARM承諾Neoverse平臺效能30%的年增長率將持續到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平臺提升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年發布的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，安晟培半導體（Ampere Computing）發布 “首款雲原生處理器”Ampere Altra，擁有80個64位ARM 處理器內核，雷鋒網(公眾號：雷鋒網)此前的文章介紹過，這是Ampere在2020年流片的產品。不久後，甲骨文就發布了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架構服務器進行部署。據悉，相較於2013年設計的服務器，Cloudflare基於ARM架構的系統可以安全地處理10倍以上的網際網路請求。

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架構開發的超級計算機“富岳”連續第三次名列國際超級計算機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。雲服務提供商和超大型網際網路公司正在推動的創新達到了一個前所未有的水平。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，並進一步擴展到服務器處理器。”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臺，來實現未來針對服務器晶元的解決方案。其中，AWS Graviton2所帶來的強勁發展勢頭就是這個共同願景的非常有力的證明。”

性能的提升給有差異化需求的雲計算提供商針對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 平臺數據庫產品，已經完成ARM架構的全棧代碼改造和性能優化，性能打平傳統架構平臺。

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，我們看到超大型網際網路客戶通過ARM IP定製服務器晶元，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服務器晶元帶來的高性價比、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 服務器晶元廠商帶來非常廣闊的市場前景。”

鄒挺認為，ARM在雲領域上我們已經取得了最相對領先的成功。同時，在中國市場ARM重點關注的領域是雲數據中心/超大型網際網路領域、和5G網路/電信市場。

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。英偉達將在其5G平臺上擴大對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 發布了基於Neoverse N2平臺的DPU。上月的英特爾架構日，英特爾透露了其首款IPU產品的信息，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系列能夠提供行業領先的每瓦性能表現，是DPU核心的最佳選擇。

有業內人士也告訴雷鋒網，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 1,000 萬個人時。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3,000萬個人時。

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構建的時間已經多達每個月超過100萬分鐘。”

企業級雲原生軟體的支持上，ARM的合作夥伴紅帽近期也宣佈其Openshift on ARM開發者預覽版也在中國落地。

ARM在雲計算、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。

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