關于Arm服務器芯片的性能分析和應用

業(yè)界傳出了一則消息：高通公司打造ARM架構服務器芯片的高通數據中心事業(yè)部（QDT）技術副總裁Dileep Bhandarkar已經離開高通有一段時間了，據悉，他是前東家高通Falkor ARM服務器架構設計的靈魂人物。

而Bhandarkar本人和高通對于離職都沒有做任何公開聲明，人們也只是在近日的SemiCon West 2018半導體展會上，聽到他說起“前高通”才發(fā)現端倪的。

而就在前不久的5月份，QDT總裁Anand Chandrasekher離職。而在錯失被Broadcom收購這一絕佳機會之后（該并購案被美國總統(tǒng)特朗普以可能危害國家安全為由否決），高通為了兌現先前對股東和投資者關于削減開支的承諾，宣布精簡QDT部門，裁員280人。

最近一年以來，業(yè)界對 ARM服務器芯片的前途普遍持悲觀態(tài)度，而高通QDT部門一連串的裁員和精簡措施，似乎在不斷印證著人們的擔憂。畢竟，在以Intel為代表的x86服務器芯片統(tǒng)治該行業(yè)多年的情況下，以高通為代表的一批企業(yè)先后加入研發(fā)ARM服務器芯片的行列，以期待改變一下該行業(yè)一家、一架構獨大的局面，但經過幾年的努力，情勢似乎并不樂觀，有人退出，有人大幅精簡團隊規(guī)模。究其原因，還是ARM服務器芯片在市場和客戶那里沒有得到足夠的認可。

其實，不只是高通，x86服務器芯片的另一大廠——AMD業(yè)曾經信誓旦旦地開發(fā)起了ARM服務器芯片，以期待扭轉一下Intel一家獨大地局面（占有全球90%以上的服務器芯片市場），但可惜的是，投入研發(fā)沒有幾年，就因為客戶不買賬，而果斷放棄了ARM架構產品。

步其后塵，高通似乎也要放棄了？雖然大幅度裁員，但該公司對外一再宣稱，高通不會放棄ARM服務器芯片的研發(fā)，只是縮減規(guī)模而已。但這些宣傳很難打消人們對ARM架構產品灰暗前景的疑慮。

高通不僅自己研發(fā)ARM服務器芯片，為了擴大市場，特別是龐大的中國市場，該公司還于2016年初，和貴州省人民政府合資組建了“貴州華芯通半導體技術有限公司”(HXT)，專為中國市場設計和開發(fā)ARM服務器專用芯片，雙方分別持股45％、55％，這被視為高通“技術換取市場”的重要一步。

而華芯通研發(fā)的第一款服務器芯片“華芯1號”已于2017年年底試產流片成功，并將在今年下半年投入商用。

本來是信誓旦旦，要大干一場，但高通的裁員，對于ARM服務器芯片陣營，特別是中國的相關企業(yè)，顯然是傳遞了一個比較負面的信號。今后，ARM架構何去何從？相關廠商要如何應對這樣的市場局面，以及客戶的認可程度？問題有待解答。

ARM進軍服務器

在統(tǒng)治了以手機為代表的移動處理器市場之后，ARM想要向服務器領域滲透，要和這一領域的霸主——Intel掰一掰手腕。因此，ARM開始大力推廣64位指令集，以期建立相應的軟件生態(tài)。

趁著ARM推廣ARM 64的東風，AMD、高通、Cavium、APM等IC設計公司，以及中國的華為、飛騰和華芯通，陸續(xù)開發(fā)了各自的ARM服務器CPU。

高通方面，該公司于2014年11月宣布進入服務器市場，2016年12月：演示了其首個48核ARM服務器芯片Centriq 2400系列；2017年8月，該公司宣布推出第5代自主架構設計Falkor，導入10nm制程，并且兼容ARMv8指令集，主要將鎖定服務器等級應用。

2017年11月，高通正式發(fā)布Centriq 2400系列，該系列處理器為10nm工藝制造，使用Arm架構內核，面向企業(yè)和服務器市場，這代表著Arm核心在服務器市場中重大突破。Centriq 2400系列處理器的高端型號使用了48個高通公司基于Arm v8指令集打造的Falkor內核，配備60 MB L3緩存，6個DDR4通道，運行頻率為2.2 GHz，基本頻率為120W TDP，價格僅為2000美元。高通希望它能在云服務器市場上以每瓦的性能、總體性能和成本展開激烈競爭，然而自產品公布以來，主要服務器提供商的可用性幾乎為零。

但是，好景不長，今年5月，就傳出了QDT可能會放棄Centriq的消息，緊接著就是一系列的裁員計劃和實施。

除了高通，APM也是一家在ARM服務器芯片上有較大投入的公司。該公司雖然名氣不大，但其在2010年前后就開始了ARM服務器CPU的開發(fā)工作，而且做出了性能不錯的產品，這些產品在數據中心、互聯(lián)網服務器等領域已有了批量的應用。

例如，APM的X-Gene已經發(fā)展到了第3代。X-Gene3集成了32個核心，計劃采用臺積電16nm制造工藝，主頻3GHz，最大功耗約為125W。根據Linley Group的報道，其模擬器測試成績Spec2006單線程定點性能在550分左右。X-Gene 3XL是X-Gene3的升級版本，計劃將32核升級為64核，并將SPECint_rate2006測試提升到1000。在單線程性能上，X-Gene3也非常亮眼，大約在17左右。由于Linley Group給出的單線程性能并不是通常說的單核測試性能，而是用rate分值/線程數，所以推測X-Gene3在模擬平臺上的單核性能很有可能已經達到20左右了，這在ARM生態(tài)圈中是首屈一指的。

中國的ARM服務器芯片陣營

國內致力于ARM服務器芯片開發(fā)的主要有三家廠商：華為、飛騰和華芯通。

總的來說，飛騰是做的比較好的，華為也有成熟的產品，而華芯通還比較年輕，還沒有量產的產品推出，據說，產品將于今年下半年量產。

飛騰方面，該公司設計了代號為“火星”（Mars）的FT2000，性能較為強悍，也比較成熟，可以說是代表了我國ARM服務器芯片的最高水平了。具體來看，FT2000采用28nm工藝，主頻2GHz，功耗100W。芯片面積600多平方毫米，集成了64個FTC661 CPU核，共計48億個晶體管。根據測試，FT2000的芯片實測成績相對于模擬器成績要稍低一些，在2GHz主頻下，采用GCC4.8編譯器，SPEC2000和SPEC2006測試。其中SPEC CPU2006全芯片測試分值為定點570，浮點482，單線程測試分值為定點12.4，浮點11.3，雖然在單線程性能上和Intel依舊有不小的差距，但就多線程性能而言，足以與Intel Xeon E5-2695v3芯片相媲美。

華為方面，其ARM服務器CPU集成了32核ARM Cortex A57，采用臺積電16nm制造工藝。但這款服務器CPU的性能相對有限。以飛騰的FT2000作參照，華為的這款服務器CPU在制造工藝領先2代的情況下，以FT2000一半的功耗實現了不足FT2000一半的性能。

生態(tài)系統(tǒng)牢不可破

由于服務器芯片的生態(tài)系統(tǒng)被Intel牢牢地把持著，并占有90%的市場份額，所以，起步時間不長的ARM服務器CPU依然在艱難地前行著，國內外相關企業(yè)的產品也還很難贏得太多的市場空間。

這種情形，與Intel、ARM在移動處理器市場的情形正好相反，由于ARM牢牢地掌控著手機處理器的生態(tài)系統(tǒng)和市場，使得在該領域起步滯后的Intel，花了很大力氣和巨額資金去追趕，力求建立屬于其自己的移動生態(tài)系統(tǒng)，但終究由于入局太晚，難以撼動穩(wěn)固的ARM生態(tài)而鎩羽而歸，只能在手機基帶處理器上保留著一絲火種。

不知道這種情形，是否會完全被復制到服務器芯片領域，如果是的話，則對于ARM服務器架構陣營的廠商來說，前景實在是不容樂觀。

ARM服務器架構為何干不過Intel

實際上，三星、博通、NVIDIA等芯片巨頭都曾聲稱要研發(fā)ARM服務器芯片，但結果卻是全都相繼放棄。

此外，Marvell因為收購了Intel的Xscale處理器業(yè)務，也曾投入到ARM服務器芯片市場，還稱與百度有深入合作，但結果卻是不了了之。

2017年底，Marvell宣布收購Cavium，這家專注于網絡通信領域多核處理器的廠商現在也是ARM陣營服務器芯片的代表廠商。不知道Marvell是想通過收購再次進入服務器市場，還是另有打算呢？答案待解。

相對于Intel的服務器芯片生態(tài)系統(tǒng)，ARM陣營的最大劣勢就是軟件生態(tài)。這就像當年Intel進軍移動市場時，也是遇到了軟件生態(tài)問題，不僅軟件兼容性飽受詬病，而且在和移動設備生產商的配合方面也出現了大問題，傳統(tǒng)PC思維濃重的處理器巨頭完全無法理解手機和平板廠商的需求，雖然投入了100多億美元補貼，但最終還是搶不到多少市場份額。

業(yè)界有一種說法，即只要擁有20%的成本優(yōu)勢，就有動力更換處理器架構，但到目前為止，這個成本優(yōu)勢還沒有體現出來，所以，更換為ARM處理器架構的動力不足。

希望在哪里

大數據、云計算時代即將到來，服務器市場將迎來爆發(fā)式增長。在當下的數據中心，Intel處理器占據90%以上市場份額，這會使互聯(lián)網公司和數據中心的運營者在面對Intel時缺乏議價能力。

因此，尋找替代解決方案，實現多供應商是他們的當務之急。如谷歌、百度、阿里等互聯(lián)網巨頭都對ARM服務器非常感興趣。

由于市場足夠大，且一些互聯(lián)網巨頭比較青睞定制版的ARM服務器，這使得ARM陣營能獲得一定的市場。

而在中國，雖然華芯通、華為、飛騰等ARM服務器CPU廠商無法完全替代中國市場上的Intel CPU，但攻占一部分原本屬于Intel的市場還是能夠期待一下的。