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  隨著數(shù)據(jù)中心需求的增長，核心芯片的競爭越來越激烈。當各方力量不遺余力地推動自身數(shù)據(jù)中心的發(fā)展時，服務器作為數(shù)據(jù)中心最重要的硬件，其芯片也備受關注。早期的服務器芯片由RISC架構統(tǒng)一。后來，隨著英特爾推出X86架構，逐漸擠壓RISCPU市場。長期以來，AMD和英特爾都占據(jù)了服務器市場的主流，其中英特爾占據(jù)了90%以上的市場份額，而AMD則吃掉了剩下的部分。

  早年的折戟

  ARM架構進攻服務器市場并非易事，ARM陣營進入服務器芯片市場的謀劃已有多年，早在2008年，ARM就開始醞釀服務器芯片計劃，惠普、AMD、博通、高通等美國企業(yè)都曾發(fā)布過ARM架構的服務器芯片，但全都折戟。

  Calxeda早已倒閉，Applied Micro后來將ARM架構服務器芯片業(yè)務賣掉，甚至連三星都在產(chǎn)品開發(fā)完成之前就終止了業(yè)務，從服務器領域溜之大吉。

  當時，很多人將這些公司失敗的原因歸結于性能。認為ARM服務器芯片完全無法媲美x86競品的性能。但是在2018年，高通推出了首款ARM的高效服務器芯片Centriq 2400，最低40核，最高48核，基于三星10nm工藝打造。使用的是自研FalkorCPU核心，三緩為60MB，旗艦級價格為1995刀。

  當時高通號稱，當運行SPECint_2006時，Centriq 2460性能比英特爾 Purley鉑金8160高出7%，芯片性能數(shù)據(jù)非常出色。

  盡管高通還請來了阿里、鏗騰、安邁等巨頭撐腰，但一陣吵吵嚷嚷之后，最后也只有一家表示DDOS防御平臺從X86更換成了ARM。后來，高通宣布削減在“非核心”產(chǎn)品領域的支出，計劃關閉服務器芯片部門，而高通一手操辦服務器芯片的Anand Chandrasekher也離職了。

  高通轟轟烈烈的ARM服務器芯片最終也以失敗結尾。

  從性能角度來看，高通當年推出的CPU不輸當時的主流服務器芯片，但高通仍然失敗了。

  這其中，一部分原因在于高通想要削減在“非核心”產(chǎn)品領域的支出，從而減少了在新領域探索的力度，但更大一部分原因在于當時ARM服務器市場的生態(tài)尚未搭建成功。

  直到2019年，ARM的Neoverse平臺路線圖的推出，其對服務器市場的滲透率開始有了實質(zhì)提升。2020年蘋果、微軟相繼宣布將發(fā)布基于ARM 的 PC 產(chǎn)品，華為鯤鵬、亞馬遜、Facebook等紛紛布局基于 ARM 的自研服務器芯片，完善ARM架構生態(tài)。

  隨著全球最大云計算亞馬遜在自己云計算的ARM架構CPU Graviton真正部署起來，并且占到自己數(shù)據(jù)中心絕對量的20%時，這才標志著ARM架構CPU在服務器行業(yè)上量的轉折。

  崛起的背后

  根據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)預測，隨著云數(shù)據(jù)中心的采用逐漸增長，預計到2025年，ARM架構在數(shù)據(jù)中心服務器市場滲透率將達到22%。這個數(shù)據(jù)意味著基于ARM架構的服務器，將在未來3年實現(xiàn)翻倍增長，這也意味著ARM將帶來不可逆的行業(yè)變化。

  為什么曾經(jīng)使得眾多企業(yè)“折戟”的ARM服務器芯片，現(xiàn)在卻開始嶄露頭角?

  這需要從三個方面來看：

  第一個方面，是服務器芯片的巨大市場。服務器的市場就非常龐大，知名研究公司IDC的數(shù)據(jù)顯示，去年云計算基礎設施的總支出為739億美元，同比增長8.8%。彭博行業(yè)研究分析師曼迪普·辛格(Mandeep Singh)指出，僅數(shù)據(jù)中心處理器每年就能創(chuàng)造280億美元的收入。

  巨大的服務器市場，需要的是巨額的服務器芯片。而在這個高端計算市場，單顆芯片的售價高達數(shù)千美元。以高通為例，目前，高通提供的手機芯片通常定價在幾十美元。相比之下，最高端的服務器處理器每顆芯片的價格超過1萬美元。這就是服務器芯片能夠帶來的巨額利潤，在這種情況下，類似高通的芯片廠商也希望能夠在服務器市場中分上一杯羹。

  第二個方面，是ARM產(chǎn)品的最強優(yōu)勢——低功耗。在數(shù)據(jù)中心領域，功耗早就成為了一個重要的問題，隨著服務器群的擴展，每個大服務器群都將消耗驚人的電量。眾所周知，ARM架構正是憑借其低功耗的優(yōu)勢，占領了手機領域的市場。

  現(xiàn)在，憑借這一優(yōu)勢，ARM同樣打入了云服務器廠商中。許多AWS的客戶表示，與現(xiàn)有英特爾、AMD的服務器CPU相比，他們租用基于ARM架構的Graviton芯片節(jié)省了10%~40%的計算成本。

  正因如此，ARM服務器芯片最先落地的領域就在云服務器廠商。對這些云計算廠商來說，能夠節(jié)省巨額的功耗，就能帶來不少的收益。

  第三方面，是曾經(jīng)被詬病的性能。雖然，在過去的一段時間內(nèi)，ARM架構處理器性能沒有x86架構處理器性能強，甚至業(yè)內(nèi)一度認為X86架構芯片能夠輕而易舉的阻擋ARM架構芯片。但是，現(xiàn)在ARM架構處理器的性能已經(jīng)趕上甚至超越X86架構處理器。

  ARM單核的面積僅為 X86 核的 1/7，同樣芯片尺寸下可以繼承更多核心數(shù)。通過“堆核”的方式，使得ARM架構處理器在性能快速提升下，也能保持較低的功耗。根據(jù)Ampere給出的數(shù)據(jù)，其CPU的性能超越傳統(tǒng)x86處理器3倍，性能功耗比領先近4倍。與 x86 服務器CPU相比，Ampere Altra 系列可用50%的能耗，提供200%的性能。

  ARM奔向戰(zhàn)場

  近年來，ARM架構的的興起下，許多巨頭紛紛開始自研ARM架構的服務器芯片，包括國外的亞馬遜、谷歌甚至微軟，國內(nèi)的騰訊、阿里巴巴、華為等等都積極參與其中。

  曾經(jīng)失敗的高通似乎也在嘗試再次進軍服務器芯片市場，去年收購了芯片創(chuàng)業(yè)公司Nuvia，而Nuvia創(chuàng)立的目標是打造高性能的ARM服務器芯片。

  ARM的服務器芯片有三大目標市場即云計算、HPC和邊緣計算。

  云計算陣營

  在云計算領域上，ARM可以說已經(jīng)取得了相對領先的成功。亞馬遜云、甲骨文云、Azure和阿里云等巨頭紛紛入局ARM云主機市場。

  騰訊云在2021年底發(fā)布了CVM 標準型SR1服務器，可用于各種類型和規(guī)模的企業(yè)級應用等。這款服務器吸引人的地方不在于其他配置，而是內(nèi)置的ARM處理器——2.8GHz的Ampere Altra處理器。根據(jù)相關評測，SR1服務器的算力性價比超過了同等配置的S5(配置Intel至強Platinum 8255C CPU)服務器，最高有83%的性能提升。

  去年，阿里旗下的平頭哥發(fā)布自研云芯片倚天 710，它基于 ARM 架構，官方稱之為 “全球性能領先的云原生處理芯片”，性能超過業(yè)界標桿 20%，能效比提升 50% 以上。

  作為少數(shù)IT服務商轉型而來的云廠商，華為云可以利用華為在服務器等硬件方面的優(yōu)勢，可以提供基于華為鯤鵬芯片的ARM實例，作為自研的ARM主機提供商，華為與亞馬遜云和阿里云屬于一類，一方面可以靠鯤鵬生態(tài)，一方面要靠華為服務行業(yè)的經(jīng)驗。

  2021年，UCloud也推出了基于Ampere Altra處理器的主機，UCloud官方列出了與同等配置x86主機的價格差異，大致相差35%，應用場景方面，包括各類數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、Redis集群、分布式開源存儲方案，安卓相關的仿真測試和開發(fā)測試，云手機以及嵌入式開發(fā)等。

  此前一直沒有采用ARM芯片的谷歌云，在今年也宣布將開始采用基于ARM技術的芯片，使用將基于Ampere Computing的Altra芯片。

  在較大的云廠商中，似乎只有IBM云，目前還沒有使用ARM架構芯片。

  當然，也有的規(guī)模較小的云廠商覺得，現(xiàn)階段推出ARM主機的做法不劃算，并沒有推出ARM服務器的的打算，對于采用AMD的x86服務器倒是更熱衷一些，目前，還是x86的實用性更強一些。

  自研也好，用第三方的ARM平臺也好，整體而言，ARM服務器的云浪潮開始涌起。

  HPC陣營和邊緣計算陣營

  在HPC方面，日本RIKEN實驗室的“Fugaku”超級計算機憑借152064個48核富士通A64FX處理器位列世界第二。Fugaku使用的ARM架構CPU，采用定制的ARM V8架構，依托7納米FinFET制程技術生產(chǎn)。浮點運算部分是與ARM合作開發(fā)的SVE指令擴展，使用512 bit浮點運算單元，大幅強化運算能力。

  美國能源部下屬的桑迪亞國家實驗室宣布建造ARM處理器的超算Astra，浮點性能達到2.3PFLOPS。

  英偉達也推出主要面向大型數(shù)據(jù)密集型 HPC的Grace ，內(nèi)置下一代 ARM Neoverse 內(nèi)核，每個CPU能在 SPECrate2017_int_base 基準測試中單位時間運行超過 300 個實例。

  邊緣計算方面，英偉達正擴大與 Marvell 的合作，將基于 ARM 的 OCTEON DPU 與 GPU 相結合，加速 AI 工作負載，實現(xiàn)網(wǎng)絡優(yōu)化和安全。

  實際上，ARM自身也在不斷推出助力芯片企業(yè)進入高性能計算場景的平臺，先后相繼推出了Neoverse V系列、Neoverse N系列和Neoverse E系列。

  目前有三家國內(nèi)的初創(chuàng)公司正進行基于Neoverse N2的相關產(chǎn)品開發(fā)。其中，遇賢微電子和鴻鈞微電子是致力于云原生服務器 CPU 的開發(fā)，云豹智能則是針對 DPU 領域。

  我國廠商在 ARM 生態(tài)中布局甚廣，華為鯤鵬和天津飛騰芯片均有 ARM 架構臺式機和服務器芯片，ARM 生態(tài)整機廠商包括長城、浪潮、同方、曙光等，國產(chǎn)操作系統(tǒng)亦廣泛支持。

  從服務器芯片的發(fā)展歷程來看，在2010年，很多企業(yè)只能采用X86芯片，經(jīng)過2010年到2020年的十年攻關，完成了X86向ARM架構的軟件移植。現(xiàn)在，ARM憑借著自身優(yōu)勢，開始在服務器領域沖鋒陷陣。