在2017年年底，專注于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備芯片的巨頭Marvell宣布，以60億美元的價(jià)格收購(gòu)Cavium。后者作為通信和網(wǎng)絡(luò)芯片專家，所提供的芯片和解決方案能夠與Marvell的產(chǎn)品緊密結(jié)合，為隨后幾年到來(lái)網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)時(shí)代提供覆蓋廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施支持。

其中，Arm服務(wù)器芯片絕對(duì)是Marvell這單收購(gòu)的一個(gè)不可忽視的重點(diǎn)。

眾所周知，過(guò)去多年里，服務(wù)器就一直是Intel的“禁臠”，他們也憑借在這個(gè)市場(chǎng)近乎壟斷的市場(chǎng)份額大掙特掙。有見(jiàn)于此，Arm在2008年就動(dòng)了進(jìn)軍這個(gè)市場(chǎng)的心。并在當(dāng)年投資了一家名為Smooth Stone（后改名為Calxeda）的初創(chuàng)公司，自此開(kāi)啟了服務(wù)器芯片領(lǐng)域的十?dāng)?shù)年征程。

按照行業(yè)專家Winnie Shao在其題為《Arm服務(wù)器芯片編年史》的文章中介紹，Arm服務(wù)器芯片在過(guò)去多年里經(jīng)歷了三波潮流，Marvell則是第一波Arm服務(wù)器浪潮的“幸存者”。早在2013年，他們就推出了其基于Arm定制內(nèi)核研發(fā)的Armada XP四核系列。Cavium則是第二波浪潮的參與者，他們?cè)?016年推出了其第一個(gè)ARMv8服務(wù)器處理器Thunder X。

現(xiàn)在，站在Cavium的肩膀上的Marvell推出了全新一代的Arm 服務(wù)器芯片Thunder X3，力爭(zhēng)成為第三波Arm服務(wù)器芯片潮流的勝利者。

Arm服務(wù)器芯片的最好時(shí)機(jī)

可以肯定的是，在現(xiàn)在X86生態(tài)如此成熟，Intel市場(chǎng)號(hào)召力如此強(qiáng)大的現(xiàn)狀下，Arm服務(wù)器芯片想在市場(chǎng)上站穩(wěn)一席之地，絕不是一件輕而易舉的事情。過(guò)去多年里那么多參與者來(lái)來(lái)去去就是一個(gè)強(qiáng)有力的證明。

但在Marvell半導(dǎo)體公司副總裁及服務(wù)器處理器部總經(jīng)理Gopal Hegde看來(lái)，現(xiàn)在Arm服務(wù)器芯片迎來(lái)了新的機(jī)遇。

首先從應(yīng)用場(chǎng)景上看，Gopal Hegde指出，在十幾年前，數(shù)據(jù)中心還不是很熱門，很多應(yīng)用的用戶相對(duì)較少。但現(xiàn)在，每個(gè)應(yīng)用都有龐大的用戶，這就對(duì)服務(wù)器提出了更多的要求。“過(guò)去，因?yàn)榧夹g(shù)不到位，只在一個(gè)線程上處理，并行的業(yè)務(wù)要求也不高。現(xiàn)在，除了強(qiáng)調(diào)單線程性能，還強(qiáng)調(diào)并行處理器能力，后者在今天尤其重要”，Gopal Hegde舉例說(shuō)到。

他進(jìn)一步指出，隨著服務(wù)器規(guī)模做的越來(lái)越大，大家對(duì)成本、功耗非常敏感，所以很多數(shù)據(jù)中心都需要成本最低的解決方案，這也是市場(chǎng)上推Arm這樣低功耗、低成本設(shè)計(jì)處理器感興趣的原因。

其次從架構(gòu)需求上看。Gopal Hegde告訴記者，隨著GPU、異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)不斷涌現(xiàn)，大家對(duì)Arm架構(gòu)的服務(wù)器處理器的興趣也是越來(lái)越高。

“之前傳統(tǒng)的軟件有很多都是由第三方提供的，比如Oracle提供數(shù)據(jù)庫(kù)，但很多客戶沒(méi)有源代碼。但是今天不一樣，一些超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載的應(yīng)用都是有源代碼的，能夠很快的解決問(wèn)題，而且還允許改變?cè)创a來(lái)改變程序來(lái)加速創(chuàng)新能力。這就給ARM服務(wù)器的引入帶來(lái)了方便，且能更輕松應(yīng)對(duì)兼容的問(wèn)題。”

第三，X86兩大巨頭的的現(xiàn)狀給Arm服務(wù)器芯片提供了一個(gè)機(jī)會(huì)。

按照Gopal Hegde所說(shuō)，英特爾之所以能雄霸服務(wù)器芯片巨頭多年，其領(lǐng)先的晶圓制造能力是很重要的一部分。但進(jìn)入最近幾年，他們?cè)谥圃旃に嚿下浜罅恕７从^Arm服務(wù)器芯片開(kāi)發(fā)者的合作伙伴臺(tái)積電，則勇猛向前。拉開(kāi)了與Intel的差距，帶給了Arm服務(wù)器機(jī)會(huì)。

至于AMD，雖然憑借EPYC架構(gòu)重返服務(wù)器市場(chǎng)，他們的ROME系列在推出以來(lái)，也受到了客戶的高度認(rèn)可。但在和當(dāng)前的Arm服務(wù)器芯片玩家相比，他們的架構(gòu)帶來(lái)了延遲、帶寬和功耗等方面的先天硬傷。

“還有一點(diǎn)，X86架構(gòu)擁有了數(shù)十年的歷史，它的CPU核紀(jì)要解決服務(wù)器市場(chǎng)問(wèn)題，也要解決電腦市場(chǎng)的問(wèn)題，這就使得架構(gòu)本身在平衡兩邊需求的時(shí)候，有了一些限制。但是Arm服務(wù)器芯片的內(nèi)核是專為服務(wù)器市場(chǎng)所設(shè)計(jì)的，因此在集成度和性能上都優(yōu)于X86。這就是為什么今天Arm服務(wù)器在這個(gè)市場(chǎng)上有很大優(yōu)勢(shì)的原因”，Gopal Hegde補(bǔ)充說(shuō)。

雖然Arm服務(wù)器有諸多的優(yōu)勢(shì)，但正如Gopal Hegde所說(shuō)，并不是每個(gè)市場(chǎng)他們都會(huì)涉足。例如在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)就是Marvell不會(huì)進(jìn)入的。“Arm服務(wù)器并沒(méi)有跟x86全線競(jìng)爭(zhēng)”，Gopal Hegde強(qiáng)調(diào)。

他繼續(xù)指出，雖然未來(lái)很多企業(yè)會(huì)買很多服務(wù)器，但這個(gè)市場(chǎng)是戰(zhàn)略性的，且在這個(gè)市場(chǎng)，Arm服務(wù)器的生態(tài)并不如X86成熟的。在這，這個(gè)市場(chǎng)的成長(zhǎng)性是比較慢的。為此Marvell抓的是生態(tài)成熟、而且成長(zhǎng)非常快的HPC、云和運(yùn)和邊緣端的Arm原生應(yīng)用這三個(gè)市場(chǎng)。

Marvell的底氣

為了迎接這個(gè)新時(shí)代的到來(lái)，Marvell已經(jīng)做好了充分準(zhǔn)備，而這一切都是基于他們前幾年的積累。在前面我們講到了Marvell（包括Cavium）在Arm服務(wù)器芯片的投入。這也幫助他們?cè)谄涞诙鶤rm服務(wù)器芯片Thunder X2上取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

據(jù)Gopal Hegde介紹，Marvell現(xiàn)在已經(jīng)在HPC和云計(jì)算市場(chǎng)取得了比較不錯(cuò)的成績(jī)，也獲得了包括包括 Microsoft Azure 、惠普、CRAY、Atos、勞倫斯·利弗莫爾（Lawrence Livermore）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，桑迪亞（Sandia）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，和橡樹(shù)嶺（Oak Ridge）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等客戶的認(rèn)可。

從Gopal Hegde的介紹我們得知，微軟希望將40%-50%的量遷移到Arm服務(wù)器上，他們內(nèi)部也正為Microsoft Azure部署基于Marvell ThunderX2 服務(wù)器處理器的量產(chǎn)級(jí)服務(wù)器。

但Gopal Hegde也指出，微軟不一定會(huì)全全部選擇Marvell的方案，不過(guò)微軟公司 Microsoft Azure資深工程師Leendert van Doorn博士曾表示：“微軟Project Olympus云硬件與Marvell ThunderX2服務(wù)器處理器的結(jié)合是一個(gè)里程碑。因?yàn)檫@提升了Azure云基礎(chǔ)設(shè)施中 Arm64產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力，這將有助于推動(dòng)平臺(tái)創(chuàng)新。而與Marvell和鴻佰科技的合作為我們的內(nèi)部使用帶來(lái)了最完整、性能最強(qiáng)的Arm服務(wù)器解決方案”。

而為了推動(dòng)Arm服務(wù)器芯片更好地應(yīng)用，Marvell與超過(guò)100個(gè)合作伙伴建立打造生態(tài)，希望助力Arm服務(wù)器芯片快速成長(zhǎng)。而新一代的Thunder X3則是他們?yōu)檫@個(gè)市場(chǎng)帶來(lái)的新一代“動(dòng)力”。

據(jù)介紹，這是一顆使用臺(tái)積電7nm工藝打造的芯片，擁有96個(gè)內(nèi)核，每個(gè)核心擁有四個(gè)線程，那就意味著他們每個(gè)插槽的總計(jì)算能力達(dá)到了384線程。“這是我們與其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手非常不同的一個(gè)點(diǎn)”，Gopal Hegde強(qiáng)調(diào)。他指出，X86競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的一個(gè)核只有兩個(gè)線程，而其他Arm服務(wù)器芯片友商都只有一個(gè)線程，這就讓他們無(wú)論是在云或者HPC應(yīng)用上，都擁有其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手所不具備的優(yōu)勢(shì)。

“在云計(jì)算應(yīng)用中，Thunder X3目標(biāo)工作負(fù)載（如大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、流媒體、Web 層、彈性搜索和云存儲(chǔ)）的本質(zhì)上都是高度并行。那么芯片本身每個(gè)核對(duì)4個(gè)超線程的支持，就能夠?yàn)榇藨?yīng)用帶來(lái)顯著的性能提高。”，Gopal Hegde舉例說(shuō)到。

而從Gopal Hegde提供的數(shù)據(jù)我們可以看到，Thunder X3的多線程也的確給他們帶來(lái)了多方面的提升和領(lǐng)先。

來(lái)到DDR 存儲(chǔ)方面，Thunder X還是延續(xù)了上一代的DDR4，內(nèi)存接口支持 8 通道 DDR4-3200，每個(gè)通道可搭載 2 個(gè) DIMM；在外部接口方面則升級(jí)到64個(gè)PCle 4.0，并搭載 了16個(gè)控制器，這就使得芯片擁有了更強(qiáng)的擴(kuò)展能力；在浮點(diǎn)運(yùn)算方面，Thunder X3每個(gè)核里面搭載四個(gè) 128 位 SIMD （Neon） 單元，比上一代提升一倍，這對(duì)超算、AI和機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)非常重要；此外，Thunder X3還支持單節(jié)點(diǎn)和雙節(jié)點(diǎn)配置，這都讓這個(gè)處理器增色不少。

據(jù)Gopal Hegde透露，ThunderX3 中微架構(gòu)的改進(jìn)使得 IPC 的整體性能較 ThunderX2 提高 25%。結(jié)合處理器頻率和 DDR 頻率的提升，單線程總體性能則較上一代提高了60%以上。在單顆處理器層面，相較于 ThunderX2，ThunderX3 的整數(shù)運(yùn)算性能也提升 3 倍以上，浮點(diǎn)運(yùn)算性能更是提升了 5 倍以上。

在介紹的過(guò)程中，Gopal Hegde特別強(qiáng)調(diào)了Marvell Thunder X3對(duì)Arm終端上原生Arm應(yīng)用程序的支持。他指出，現(xiàn)在廠商開(kāi)始逐漸把游戲和應(yīng)用放到服務(wù)器上，考慮到現(xiàn)在的終端基本都是一樣基于Arm芯片設(shè)計(jì)的，那就意味著X86在相關(guān)的支持上會(huì)有先天的缺陷，而這正是Arm服務(wù)器芯片所擅長(zhǎng)的。

為了更好地服務(wù)這個(gè)市場(chǎng)的客戶，Marvell正在持續(xù)更新迭代產(chǎn)品，他表示，公司新一代的Thunder X處理器已經(jīng)在研發(fā)當(dāng)中，在差不多兩年的時(shí)間內(nèi)我們就能看到產(chǎn)品的更新。而在談到下一代產(chǎn)品的發(fā)展的時(shí)候，他強(qiáng)調(diào)，公司會(huì)根據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展需求提升芯片的規(guī)格。例如在chiplet方面，雖然現(xiàn)在Marvell沒(méi)有采用，但他表示，按照現(xiàn)在的發(fā)展，芯片性能提升必然會(huì)碰到瓶頸，屆時(shí)他們也會(huì)考慮轉(zhuǎn)到這上面來(lái)。

在沉寂了幾年之后，Arm服務(wù)器芯片終于在今年又一次熱鬧起來(lái)，除了Marvell外，Ampere Computing、華為和亞馬遜也都在近期推出了新產(chǎn)品，歐洲也有廠商開(kāi)始進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)。他們?cè)谙嚓P(guān)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也激烈了起來(lái)，再加上AMD Rome系列和Intel Cascade-Lake-SP的虎視眈眈。對(duì)于Marvell來(lái)說(shuō)，這段征程并不會(huì)是坦途。

但從Gopal Hegde的言語(yǔ)看來(lái)，他們充滿了信心。
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