x86“聯(lián)合”Arm逼宮x86

作者：暢秋

面對AMD和Arm軍團的進攻，英特爾要發(fā)力了。

一直以來，服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心CPU市場都是x86的天下，代表廠商則是英特爾，該公司長期占據(jù)著該市場90%以上的份額。近些年，情況有所改變，特別是AMD的崛起，在三、四年的時間內(nèi)，蠶食了不少原本屬于英特爾的市場份額，與此同時，基于Arm架構(gòu)的CPU也在向x86發(fā)動進攻，無論是在PC，還是在服務(wù)器市場，都表現(xiàn)出了良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

四年前，AMD在PC用CPU市場的快速崛起成為了當(dāng)時芯片業(yè)現(xiàn)象級的事件，也就是從那時起，該公司開始了對英特爾PC處理器市場的蠶食操作，目前，已經(jīng)占到了該市場27%的份額，表現(xiàn)非常搶眼。然而，在四年前的服務(wù)器市場，AMD對英特爾幾乎沒有威脅，后者依然牢牢地掌握著當(dāng)時95%左右的市場份額。四年后的今天，情況有了很大不同，AMD在服務(wù)器CPU市場令英特爾坐立不安。

AMD強攻

據(jù)Mercury Research統(tǒng)計，2022年第一季度，全球服務(wù)器CPU出貨量下降，但AMD繼續(xù)保持三年來的季度份額增長態(tài)勢，AMD的EPYC已經(jīng)在某些應(yīng)用市場對英特爾的Xeon D造成了沉重打擊。英特爾方面，該公司近期正在向一些客戶發(fā)貨新品Sapphire Rapids Xeons，但其市場份額依然在被AMD蠶食，具體如下圖所示，AMD的市場份額一直在穩(wěn)步增長，截至今年第一季度，已經(jīng)達到11.6%。

DigiTimes最新的研究報告顯示，在服務(wù)器市場，AMD處理器的出貨量在2023和2024年都將持續(xù)上升。目前，該公司平臺在數(shù)據(jù)中心、HPC和云端服務(wù)器市場的滲透非常成功，預(yù)計2024年將占據(jù)近18%的市場份額，高于2020年的10.1%和2023年的16.3%。

相比于競爭對手的產(chǎn)品，AMD EPYC處理器擁有更多的內(nèi)核數(shù)量，可以提供更好的vCPU服務(wù)，對于運營商來說更具有吸引力。據(jù)供應(yīng)鏈的消息人士預(yù)計，微軟和谷歌等都打算在未來幾年擴大采用AMD的產(chǎn)品，收購賽靈思（Xilinx）也使得AMD在邊緣服務(wù)器和FPGA市場更具競爭力。

基于已經(jīng)取得的成績，AMD還在持續(xù)發(fā)力EPYC處理器。當(dāng)下，AMD正在向服務(wù)器市場力推EPYC Milan和 Milan-X，從2023年開始，將推出第四代EPYC Genoa、EPYC Genoa-X處理器（基于Zen 4微架構(gòu)），還會有基于Zen 4c架構(gòu)的Bergamo，Genoa最多擁有96個內(nèi)核，Bergamo最多擁有128個內(nèi)核，預(yù)計都會在2023年推出。之后，還將推出帶有3D垂直緩存（3D V-Cache）、邊緣計算能力的EPYC Siena，主要用于拓展電信和邊緣計算市場。另外，該公司還將推出第一個數(shù)據(jù)中心APU。

另外，AMD第五代EPYC“都靈”系列將于2024年上市，“都靈”將采用4nm和3nm制程，也帶有3D V-Cache，并將進行更高水平的云優(yōu)化。

這里著重介紹一下Zen 4c內(nèi)核，它在概念上類似于基于Arm或x86架構(gòu)的其它芯片中的效率內(nèi)核（e-core）。這些“c”內(nèi)核比將在Genoa首次亮相的標(biāo)準Zen 4內(nèi)核小，因為它消減了某些不必要的功能以提高計算密度，這些芯片具有密度優(yōu)化的緩存層次結(jié)構(gòu)，以增加內(nèi)核數(shù)量，從而滿足需要更高線程密度的云工作負載。Zen 'c'內(nèi)核支持完整的Zen 4 ISA，與英特爾的Alder Lake類似，AMD不會禁用AVX等功能。

AMD還將推出第一個數(shù)據(jù)中心APU，即采用5nm制程工藝的Instinct MI300，它的最大特點是將在同一芯片上集成CPU和GPU內(nèi)核，要做到這一點，需要使用該公司第四代Infinity Fabric互聯(lián)技術(shù)，將Zen 4 CPU內(nèi)核、CDNA 3 GPU內(nèi)核與一致的內(nèi)存接口等Chiplet連接在一起。

Arm跟進

長期以來，惠普、AMD、博通、高通等美國企業(yè)都曾發(fā)布過基于Arm架構(gòu)的服務(wù)器CPU，但全都折戟沉沙。但近些年，情況發(fā)生了變化，隨著架構(gòu)、技術(shù)更新，Arm服務(wù)器生態(tài)逐步完善，開始進入良性發(fā)展期。

x86架構(gòu)CPU的最大劣勢在于，其并非專為數(shù)據(jù)中心設(shè)計。從設(shè)計初衷、應(yīng)用場景而言，x86芯片過去主要用于移動端或非云端業(yè)務(wù)，在過去20年用于數(shù)據(jù)中心和云端業(yè)務(wù)，主要原因是客戶除了x86芯片外沒有更好的選擇。

近幾年，基于Arm架構(gòu)的服務(wù)器出貨量持續(xù)提升，預(yù)計到2024年有望占總市場份額的10%，而2020年是3%。在這一波增長中，亞馬遜和英偉達是主要推動者。亞馬遜針對邊緣服務(wù)器應(yīng)用推出了基于Arm架構(gòu)CPU的Outposts混合云系統(tǒng)，以擴大其企業(yè)云服務(wù)業(yè)務(wù)；英偉達的Grace系列CPU，通過整合GPU和DPU，將目標(biāo)鎖定在HPC和AI服務(wù)器市場。

當(dāng)然，推動Arm服務(wù)器CPU發(fā)展的不止以上這兩家，還有多家廠商在發(fā)力，例如：日本“Fugaku”超級計算機中的富士通A64FX，亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的Graviton系列，以及Ampere Computing的Altra和Altra Max系列處理器。另外，SiPearl，華為海思和飛騰也在持續(xù)輸出Arm服務(wù)器CPU產(chǎn)品。

與x86架構(gòu)相比，Arm的最大優(yōu)勢就是低功耗，這一點，特別適用于方興未艾的邊緣計算市場，因為邊緣計算場景的高強度推理運算嚴重受限于功率配額。以蘋果的M系列Arm處理器為例，它只需要同等級別x86芯片幾分之一的功耗，就能提供與之相當(dāng)?shù)男阅堋４送?，新?chuàng)公司Ampere的產(chǎn)品也非常有特色，該公司已在云計算和邊緣計算應(yīng)用領(lǐng)域取得了初步成功，據(jù)悉，Cloudflare去年在其邊緣數(shù)據(jù)中心內(nèi)淘汰了AMD的第二代EPYC處理器，轉(zhuǎn)而使用Ampere的Altra芯片，Cloudflare稱，這些芯片的每瓦性能比AMD的高出57%。

作為行業(yè)巨頭，英偉達也非常關(guān)注邊緣計算市場，不只有Grace CPU，該公司還向邊緣和嵌入式AI應(yīng)用系統(tǒng)集成商開放了其Jetson AGX Orin平臺，該平臺采用Ampere系列GPU（這里的Ampere是產(chǎn)品名稱，不是前文提到的Ampere公司）和12核Arm Cortex-A78AE芯片。

預(yù)計有幾家系統(tǒng)供應(yīng)商將在2023年推出使用英偉達Grace Superchip（基于Arm架構(gòu)）的產(chǎn)品，Grace Superchip結(jié)合了兩個Grace CPU，以及 Grace-Hopper Superchip，它將一個 Grace CPU 和一個 Hopper GPU 結(jié)合在了一起。

Arm架構(gòu)CPU出現(xiàn)了較好的發(fā)展勢頭，然而，與英特爾、AMD等x86系巨頭相比，其生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)還有很長的路要走。在性能上，英特爾的服務(wù)器芯片價格從數(shù)百美元至上萬美元不等，差異很大，Arm陣營完全可以從低端切入，但在生態(tài)方面，有著幾十年積累的x86陣營已經(jīng)很完善，服務(wù)器端的軟件、開發(fā)工具、API遠勝Arm陣營，這些是Arm今后要重點下注的。

與服務(wù)器應(yīng)用相比，Arm在PC市場的表現(xiàn)更加亮眼，這可以為其在服務(wù)器市場的發(fā)展帶來更多信心。Arm在PC領(lǐng)域的發(fā)展主要由蘋果公司推動，包括Chromebook和蘋果基于M1的Mac，已經(jīng)獲得了市場和廣大消費者的認可，蠶食了不少x86架構(gòu)CPU的份額。

英特爾應(yīng)戰(zhàn)

面對同為x86系的AMD，以及Arm系眾多廠商的“聯(lián)合”進攻，服務(wù)器CPU霸主英特爾也在積極應(yīng)對，除了推出新產(chǎn)品之外，該公司在未來服務(wù)器CPU發(fā)展上也做了更有針對性的規(guī)劃。

新產(chǎn)品方面，比較受關(guān)注的是今年2月英特爾發(fā)布了Xeon-D 1700與2700系列處理器，集成了20個內(nèi)核，采用該公司已成熟量產(chǎn)的10nm制程工藝。

對手步步緊逼，使得英特爾必須改變以前處于絕對霸主地位時那種“以我為主”的狀態(tài)，開始重視客戶的聲音和反饋。并且已經(jīng)意識到：僅在x86 CPU上進行通用計算的時代已經(jīng)結(jié)束，也正是因為如此，AMD以490億美元的價格收購了FPGA制造商Xilinx，此后不久又以19億美元收購了DPU制造商Pensando。實際上，英特爾在這方面的行動更早，該公司在2017年就收購了當(dāng)時全球排名第二的FPGA廠商Altera，目的就是為其服務(wù)器CPU添加一雙FPGA翅膀，之后還收購了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器廠商Nervana Systems和Habana Labs。但從收購后運轉(zhuǎn)的實際情況來看，效果似乎并不明顯，反倒是那之后，主要競爭對手AMD和英偉達發(fā)展得風(fēng)生水起。

總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)之后，近幾年，英特爾在原有CPU+FPGA的基礎(chǔ)上，向更深層異構(gòu)計算方向挖掘發(fā)展?jié)摿?，提出了IPU，它將CPU、FPGA、GPU、AI等功能充分整合，以滿足市場和客戶的多維度需求，同時也開啟了對競爭敵手AMD和英偉達的反擊。未來，這三大服務(wù)器處理器廠商必將在異構(gòu)計算方面有一場殊死搏斗。

對于與Arm的競爭，除了以上策略，英特爾還在布局新興CPU架構(gòu)RISC-V。

2021年6月，英特爾提出以20億美元收購全球首家基于RISC-V定制化的半導(dǎo)體企業(yè)SiFive，但由于這兩家公司無法就如何將SiFive技術(shù)整合至英特爾的芯片路線圖，以及收購相關(guān)的財務(wù)條款達成共識，收購未果。

今年2月，英特爾宣布加入全球開放硬件標(biāo)準組織RISC-V International，直接成為高級會員（Premier）。英特爾代工服務(wù)（IFS）客戶解決方案工程副總裁 Bob Brennan 也加入了 RISC-V 董事會和技術(shù)指導(dǎo)委員會。英特爾還成立了一個 10 億美元的 IFS 創(chuàng)新基金，其合作伙伴將通過IFS制造 RISC-V 芯片，英特爾還將授權(quán)差異化 RISC-V IP。

不久前，該公司宣布與巴塞羅那超級計算中心（BSC）共同投資4億歐元研發(fā)RISC-V架構(gòu)處理器。該處理器可用于構(gòu)建 zettascale 超級計算機。

英特爾大力投資RISC-V，一方面是為其晶圓代工業(yè)務(wù)培育市場和客戶，同時也是在應(yīng)對Arm的競爭?？梢哉f，通過這些措施，英特爾在應(yīng)對Arm軍團和x86系老對手AMD的“聯(lián)合”進攻時，回擊方式更加多元和立體，而不只是像以前那樣單一（只靠推x86架構(gòu)CPU）。