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Arm服务器芯片十五年,有望跑出一匹新黑马

2024-03-20 13:42 · 稿源: 站长之家用户

在迅速涌动的人工智能大潮中,芯片作为推动智能、技术产业发展的核心驱动力,面对时代变革,以Ampere Computing、平头哥、博瑞晶芯为主的众多服务器芯片设计企业不断迎来创新与发展机遇,逐渐在行业中崭露头角。

在早期的服务器芯片时代,RISC架构曾备受瞩目后来随着英特尔推出X86架构,逐渐将RISC处理器挤出市场。直至2009年ARM宣布进军服务器市场,世界芯片产业迎来了长达15年的风云激荡。

即便ARM阵营为进入服务器芯片市场已谋划多年,但Arm架构的进阶之路并不顺畅。早期Arm架构历经高开低走,一度暗淡到中期苹果、微软等巨头入局,多方超 级用户和系统商的加速部署,Arm架构生态才得以完善建立。如今,Arm已成为X86之外最主要的架构。

值得一提的是,伴随2020年国新基建相关文件的出台,我国各大数据中心及云服务基础建设进入加速发展阶段,不仅服务器市场增速迅猛,底层技术迭代、研发、创新也随之提速。中国是Arm服务器芯片产业重要的推动者和受益者,回顾这风云激荡的15年,有助于把握服务器架构发展变革的脉络,为国内技术创新发展和产业生态建设提供借鉴及参考,同时,也为未来发展的黄金十年带来更多期许。

高开低走,一路荆棘

2008年,芯片出货量突破100亿片,在手机市场风头正劲的Arm开始酝酿服务器芯片计划。

相伴而生的是手机App产生的大数据催生云计算时代初露峥嵘,数据中心开始面临能耗挑战,行业迫切需要找到一种能以较低的功耗来处理大量并行化、轻量化负载的解决方案,而Arm架构所具备的多内核、高并行、低功耗的特性恰好能够满足数据中心的这种新需求。

2011年,Arm推出旗下首 款64位v8架构,实现了高性能与节能核心相结合,由此开启Arm服务器芯片的第 一波发展浪潮。2012年,AMD推出首颗基于Arm架构的64位服务器芯片,成为Arm服务器芯片的重要里程碑。

随后的几年间,Calxeda、AMCC、博通、Cavium、高通、三星、NVIDIA等众多芯片设计企业都相继进军Arm服务器芯片,然而却波折不断。

2013年底,先锋创企Calexda因资金问题率先倒下。2016年,AMCC将Arm服务器业务剥离。AMD低调放弃Arm服务器,战略重心重回X86与GPU。博通被安华高收购后,终止了Arm服务器项目Vulcan。2017年,高通为准备被博通的收购计划优化财务数据终止Arm服务器芯片Centriq。

尽管从技术和商业逻辑上看,Arm服务器芯片当时有相当充分的存在理由,也不断有芯片设计企业在尝试通过Arm架构开发服务器芯片产品,但遗憾的是,这些努力最终在市场上并未取得预想的成功。

当时,很多企业将失败的原因归结于性能,认为其无法媲美X86的性能,但是从高通当年主推的基于Arm架构的CPU性能分析,其实力并不输当时的主流服务器芯片,然而高通依旧以失败告终。

后来Arm能够在手机领域快速发展,得益于苹果和谷歌两大顶 级巨头的助力,以及华为鲲鹏、亚马逊、Facebook等纷纷入局,共同完善了Arm架构生态,使Arm架构实现涅槃重生。

对比移动终端市场生态,数据中心服务器市场的玩家完全不同,只有芯片公司推不动,要有超 级用户和系统商下场才能改变局面。

契机降临,产业崛起

2017年始,服务器行业巨头纷纷入场。包括英特尔前总裁,数据中心业务负责人Rene James创办了Ampere, 获得了数据库与云计算巨头Oracle的重度战略投资。

2018年,Amazon发布Graviton芯片并部署在自家AWS,开创Arm服务器规模部署的新局面。此后Graviton系列每两年更新一代,目前已经发展到Graviton 四代,占据AWS部署的比例快速攀升。谷歌、微软等近年来也相继高调宣布了自研Arm架构服务器CPU的部署计划,提升云服务的能效比与TCO应对AWS的优势。

2019年初,华为宣布推出业界最 高性能Arm架构服务器芯片——鲲鹏920(Kunpeng920),以及基于鲲鹏920的三款TaiShan服务器、华为云服务,刷新计算性能新纪录。阿里云也加入Arm服务器造芯行列,2021年,阿里旗下平头哥首颗ARM架构服务器芯片倚天710发布,并表示将快速在阿里云部署。

短短几年,随着云服务厂商和系统厂商的入局,电信运营商以及行业用户不断加大Arm服务器采购比例。 Arm架构服务器CPU开始显现出高增长趋势,据统计市场规模平均年复合增长率超过20%。

这一切战果,除了得益于超 级用户亲身下场,也来自软件生态、供应链上下游的多角色合力推进,同时还取决于芯片设计企业的技术突破,多方协同才促成了Arm服务器芯片的真正落地与快速发展。

Arm服务器生态日臻成熟,加上国产化大背景,2020-2021年间,国内Arm服务器芯片设计初创企业陆续涌现。例如采用Arm Neoverse-N系列CPU核设计和销售服务器芯片的遇贤微、鸿钧微、启灵芯,相继完成数轮数亿元级的融资。2023年进入大众视线的博瑞晶芯,基于ARM架构授权开发自研CPU核以及大额融资颇受市场关注。

加速奠基,收获未来

纵观全球Arm服务器芯片设计企业的特征,大致可以分为三大类别。

一是超大规模云服务厂商与系统设备厂商,他们根据自营数据中心或整机方案来设计芯片并优化软硬件解决方案,为自身的业务垂直化降低成本、构建稳定的供应链,并且试图形成对终端用户可见的差异化竞争力。他们本身不对外销售芯片或主板,只提供云服务或整机,服务于自身垂直业务的需求。

二是如Ampere、博瑞晶芯等通过架构级别的自研创新实现竞争力的独立厂商,该模式对技术能力和资金需求都具备较高的门槛,能够实现更好的产品差异化水平,同时利用Arm生态便利性,满足基础设施领域的灵活适配性要求和定制化能力。

第三种是通过购买Arm公版Neoverse-N系列CPU核与总线互联CMN、自己聚焦SoC集成的芯片厂商,对初创公司以这种模式起步容易,但因高度依赖Arm公版从而缺乏设计灵活性与深度优化手段,在一定程度上也可满足行业客户的SoC层级微小差异定制化需要。

十五年起起伏伏,终于迎来了确定性。随着产业生态的完善,自研创新向纵深挺进,Arm服务器产业将迈入收获期。

从海外看,Arm服务器芯片的核数,性能、能效正被不断推向新的高度。2023年5月,Ampere推出全新的AmpereOne系列处理器,基于5nm工艺节点自研内核,拥有多达192个单线程Ampere核,内核数量为业界最 高。11月,Amazon发布自研96核Graviton4数据中心处理器;微软宣布部署定制128核Arm服务器芯片Microsoft Azure Cobalt……

放眼国内,飞腾、鲲鹏已耕耘多年,国内2020/2021期间成立的初创公司将陆续投片或提供芯片。

据了解,博瑞晶芯的第 一代产品预计在今年下半年公布,将从底层能力构建差异化,在多核数和主频上有较明显的提升,以及CPU核、总线互联技术的自研、低功耗方案设计等,有望为市场提供更高能效比的灵活设计方案。

从整体看,国产的服务器芯片设计企业正在加速创新,朝着有效能市场逐步渗透。以博瑞晶芯为代表的独立厂商,正在通过自研核助力高端芯片设计走出一条国产化的特色之路。

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