摩尔定律发挥作用的几十年间,无数应用受益于芯片性能快速提升,芯片市场格局也逐步稳定,x86 CPU 在桌面和高性能计算市场占绝对优势,Arm CPU 统治移动网络市场。
然而随着摩尔定律放缓,市场格局也开始发生变化。能效比优势明显的Arm CPU经过三年多努力,已在x86 CPU统治的云端计算、HPC市场取得成绩,且快速增长的DPU和5G市场,Arm也雄心勃勃。
三年推两代产品
2018年10月,Arm推出Arm Neoverse,这是云端到边缘基础设施产品,Arm承诺Neoverse平台效能30%年增长率,将持续到2022年以后。那时摩尔定律为传统CPU带来的提升已不足10%。
Arm Neoverse规划三个系列产品,同时考虑性能、功率、面积(PPA),擅长可扩展的N系列;提供最佳性能,相对会消耗更多面积和功耗的V系列;主要关注效率,功耗和面积缩减最佳化的E系列。
2019年第一代Neoverse N1推出,性能相比Cosmos平台提升60%,是2018年目标两倍。同时推出的还有Neoverse E系列处理器。
2020年发表Neoverse N2,保持相同功率和面积效率之余,比Neoverse N1单线程性能提升40%。强调性能的Neoverse V1的单线程性能相比Neoverse N1更提升超过50%。
单核性能大幅提升的Arm Neoverse CPU今年接连交出成绩单。今年3月,安晟培半导体(Ampere Computing)发表“首款云端原生处理器”Ampere Altra,有80个64位Arm 处理器内核,不久后甲骨文就发表Ampere A1 Compute。
到了7月,基于网络基础设施提供CDN内容分发网络与减缓DDoS攻击的服务提供商Cloudflare,首次采用基于Arm架构服务器部署。相较2013年设计的服务器,Cloudflare基于Arm架构的系统更安全处理10倍以上网络请求。
在高性能计算领域,日本国立研究开发法人理化学研究所(RIKEN)与富士通公司共同基于Arm架构开发的超级计算机“富岳”连续第三次名列国际超级计算机500大(TOP500)排行榜第一名。
Arm为什么能迅速拓展高性能计算市场?
Arm接连交出漂亮成绩单背后,是市场需求变化。
“面对未来基础设施的多样化要求,传统通用解决方案已经不再适用。云端服务提供商和超大型网络公司正在推动创新,达到前所未有的水平。这些都在驱动资料中心最佳化,逐渐从上层应用移到整机,并扩展到服务器处理器。”Arm基础设施事业部全球高级总监邹挺表示。
“透过Neoverse,Arm和广泛生态合作伙伴系统提供独特平台,实现未来服务器芯片解决方案。AWS Graviton2的强劲发展趋势就是这共同愿景的有力证明。”
性能提升为差异化需求的云端计算提供商最佳化Arm高性能CPU的动力。百度智能云数据库积极发展Arm平台数据库产品,已完成Arm架构的全栈代码改造和性能优化,性能打平传统架构平台。
腾讯也持续Arm架构最佳化与实践,透过性能测试、数据交流、技术研讨等形式不断推动JDK发展Arm架构。据悉KonaJDK团队完成JDK8和JDK11等版本最佳化,后续也计划支援JDK17等版本,未来也会加大投入完善JDK对Arm架构的支援。
“基础设施市场变化非常快速,也在不断发展,为了满足这个市场的多样性与快速变化,必然会出现不同类型的计算解决方案。”邹挺进一步表示。
“一方面,我们看到超大型网络客户透过Arm IP定制服务器芯片,满足特殊应用场景需求。另一方面,也有大量企业客户对标准化Arm服务器芯片带来的高性价比、优异的TCO(总体拥有成本)表现有着很浓烈的兴趣,这也给独立的Arm 服务器芯片厂商带来非常广阔的市场前景。”
邹挺认为,Arm云端领域已取得相对领先的成功,同时中国市场Arm关注领域是云端资料中心、超大型网络领域、5G网络电信市场。
增加软件生态投入,站稳高性能CPU市场
5G蓬勃发展,也为Arm带来新机会。辉达将在5G平台扩大支援Arm架构。
即将爆发的DPU市场,Arm Neoverse也被多款产品采用。两个月前,Marvell发表基于Neoverse N2平台的DPU。8月英特尔架构日,英特尔透露首款IPU产品消息,让人有些意外的是IPU整合Arm Neoverse N1 CPU。
邹挺认为,DPU连接到主机系统,并透过PCI-Express插槽供电,加上DPU支援专用的工作负载加速器和数据包处理功能,所以DPU处理器能否提供出色每瓦性能至关重要。Neoverse N系列能够提供行业领先的每瓦性能表现,是DPU核心的最佳选择。
Arm当然也看到这点,正在加强高性能CPU软件生态建设。据了解Armv8时代的十年,Arm软件开发人员研发时间超过1,000万工时。Armv9时代的十年,Arm软件开发人员投入时间大概会超过3,000万工时。
到基础设施领域,邹挺介绍“透过过去十年努力,Arm现在拥有大量OSS项目,ISV也已支援Arm 64位架构。Docker Hub为Arm编写的容器镜像数量超过10万。同时,在Arm硬件进行CI / CD构建的时间多达每个月超过100万分钟。”
企业级云端原生软件支援,Arm合作伙伴红帽近期也宣布Openshift on Arm开发者预览版落地中国。
Arm在云端计算、HPC、5G所需的高性能CPU市场的软件生态正在成熟,高性能计算CPU的市场也迎接新变化。
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