ARM服务器芯片，火了

作者：九林

在数据中心需求增长的趋势下，核心芯片的角逐越演越烈。各方力量不留余力的推动自身数据中心的发展时，服务器作为数据中心最核心的硬件，其芯片也备受关注。

早期的服务器芯片，由RISC架构一统天下。后来随着，英特尔推出X86架构，逐渐挤压RISC处理器市场，在很长的一段时间内，AMD和英特尔都占据着服务器市场的主流，其中英特尔市场份额超过90%，AMD则吃掉剩下的部分。

多年来，业界一直在问：“ARM架构能够在数据中心觅得一席之地吗？”

早年的折戟

ARM架构进攻服务器市场并非易事。ARM阵营进入服务器芯片市场的谋划已有多年，早在2008年，ARM就开始酝酿服务器芯片计划，惠普、AMD、博通、高通等美国企业都曾发布过ARM架构的服务器芯片，但全都折戟。

Calxeda早已倒闭，Applied Micro后来将ARM架构服务器芯片业务卖掉，甚至连三星都在产品开发完成之前就终止了业务，从服务器领域溜之大吉。

当时，很多人将这些公司失败的原因归结于性能。认为ARM服务器芯片完全无法媲美x86竞品的性能。但是在2018年，高通推出了首款ARM的高效服务器芯片Centriq 2400，最低40核，最高48核，基于三星10nm工艺打造。使用的是自研FalkorCPU核心，三缓为60MB，旗舰级价格为1995刀。

当时高通号称，当运行SPECint_2006时，Centriq 2460性能比英特尔 Purley铂金8160高出7%，芯片性能数据非常出色。

尽管高通还请来了阿里、铿腾、安迈等巨头撑腰，但一阵吵吵嚷嚷之后，最后也只有一家表示DDOS防御平台从X86更换成了ARM。后来，高通宣布削减在“非核心”产品领域的支出，计划关闭服务器芯片部门，而高通一手操办服务器芯片的Anand Chandrasekher也离职了。

高通轰轰烈烈的ARM服务器芯片最终也以失败结尾。

从性能角度来看，高通当年推出的CPU不输当时的主流服务器芯片，但高通仍然失败了。

这其中，一部分原因在于高通想要削减在“非核心”产品领域的支出，从而减少了在新领域探索的力度，但更大一部分原因在于当时ARM服务器市场的生态尚未搭建成功。

直到2019年，ARM的Neoverse平台路线图的推出，其对服务器市场的渗透率开始有了实质提升。2020年苹果、微软相继宣布将发布基于ARM 的 PC 产品，华为鲲鹏、亚马逊、Facebook等纷纷布局基于 ARM 的自研服务器芯片，完善ARM架构生态。

随着全球最大云计算亚马逊在自己云计算的ARM架构CPU Graviton真正部署起来，并且占到自己数据中心绝对量的20%时，这才标志着ARM架构CPU在服务器行业上量的转折。

崛起的背后

根据TrendForce数据预测，随着云数据中心的采用逐渐增长，预计到2025年，ARM架构在数据中心服务器市场渗透率将达到22％。这个数据意味着基于ARM架构的服务器，将在未来3年实现翻倍增长，这也意味着ARM将带来不可逆的行业变化。

为什么曾经使得众多企业“折戟”的ARM服务器芯片，现在却开始崭露头角？

这需要从三个方面来看：

第一个方面，是服务器芯片的巨大市场。服务器的市场就非常庞大，知名研究公司IDC的数据显示，去年云计算基础设施的总支出为739亿美元，同比增长8.8%。彭博行业研究分析师曼迪普·辛格(Mandeep Singh)指出，仅数据中心处理器每年就能创造280亿美元的收入。

巨大的服务器市场，需要的是巨额的服务器芯片。而在这个高端计算市场，单颗芯片的售价高达数千美元。以高通为例，目前，高通提供的手机芯片通常定价在几十美元。相比之下，最高端的服务器处理器每颗芯片的价格超过1万美元。这就是服务器芯片能够带来的巨额利润，在这种情况下，类似高通的芯片厂商也希望能够在服务器市场中分上一杯羹。

第二个方面，是ARM产品的最强优势——低功耗。在数据中心领域，功耗早就成为了一个重要的问题，随着服务器群的扩展，每个大服务器群都将消耗惊人的电量。众所周知，ARM架构正是凭借其低功耗的优势，占领了手机领域的市场。

现在，凭借这一优势，ARM同样打入了云服务器厂商中。许多AWS的客户表示，与现有英特尔、AMD的服务器CPU相比，他们租用基于ARM架构的Graviton芯片节省了10%~40%的计算成本。

正因如此，ARM服务器芯片最先落地的领域就在云服务器厂商。对这些云计算厂商来说，能够节省巨额的功耗，就能带来不少的收益。

第三方面，是曾经被诟病的性能。虽然，在过去的一段时间内，ARM架构处理器性能没有x86架构处理器性能强，甚至业内一度认为X86架构芯片能够轻而易举的阻挡ARM架构芯片。但是，现在ARM架构处理器的性能已经赶上甚至超越X86架构处理器。

ARM单核的面积仅为 X86 核的 1/7，同样芯片尺寸下可以继承更多核心数。通过“堆核”的方式，使得ARM架构处理器在性能快速提升下，也能保持较低的功耗。根据Ampere给出的数据，其CPU的性能超越传统x86处理器3倍，性能功耗比领先近4倍。与 x86 服务器CPU相比，Ampere Altra 系列可用50%的能耗，提供200%的性能。

ARM奔向战场

近年来，ARM架构的的兴起下，许多巨头纷纷开始自研ARM架构的服务器芯片，包括国外的亚马逊、谷歌甚至微软，国内的腾讯、阿里巴巴、华为等等都积极参与其中。

曾经失败的高通似乎也在尝试再次进军服务器芯片市场，去年收购了芯片创业公司Nuvia，而Nuvia创立的目标是打造高性能的ARM服务器芯片。

ARM的服务器芯片有三大目标市场即云计算、HPC和边缘计算。

云计算阵营

在云计算领域上，ARM可以说已经取得了相对领先的成功。亚马逊云、甲骨文云、Azure和阿里云等巨头纷纷入局ARM云主机市场。

腾讯云在2021年底发布了CVM 标准型SR1服务器，可用于各种类型和规模的企业级应用等。这款服务器吸引人的地方不在于其他配置，而是内置的ARM处理器——2.8GHz的Ampere Altra处理器。根据相关评测，SR1服务器的算力性价比超过了同等配置的S5（配置Intel至强Platinum 8255C CPU）服务器，最高有83%的性能提升。

去年，阿里旗下的平头哥发布自研云芯片倚天 710，它基于 ARM 架构，官方称之为 “全球性能领先的云原生处理芯片”，性能超过业界标杆 20%，能效比提升 50% 以上。

作为少数IT服务商转型而来的云厂商，华为云可以利用华为在服务器等硬件方面的优势，可以提供基于华为鲲鹏芯片的ARM实例，作为自研的ARM主机提供商，华为与亚马逊云和阿里云属于一类，一方面可以靠鲲鹏生态，一方面要靠华为服务行业的经验。

2021年，UCloud也推出了基于Ampere Altra处理器的主机，UCloud官方列出了与同等配置x86主机的价格差异，大致相差35％，应用场景方面，包括各类数据库系统、Redis集群、分布式开源存储方案，安卓相关的仿真测试和开发测试，云手机以及嵌入式开发等。

此前一直没有采用ARM芯片的谷歌云，在今年也宣布将开始采用基于ARM技术的芯片，使用将基于Ampere Computing的Altra芯片。

在较大的云厂商中，似乎只有IBM云，目前还没有使用ARM架构芯片。

当然，也有的规模较小的云厂商觉得，现阶段推出ARM主机的做法不划算，并没有推出ARM服务器的的打算，对于采用AMD的x86服务器倒是更热衷一些，目前，还是x86的实用性更强一些。

自研也好，用第三方的ARM平台也好，整体而言，ARM服务器的云浪潮开始涌起。

HPC阵营和边缘计算阵营

在HPC方面，日本RIKEN实验室的“Fugaku”超级计算机凭借152064个48核富士通A64FX处理器位列世界第二。Fugaku使用的ARM架构CPU，采用定制的ARM V8架构，依托7纳米FinFET制程技术生产。浮点运算部分是与ARM合作开发的SVE指令扩展，使用512 bit浮点运算单元，大幅强化运算能力。

美国能源部下属的桑迪亚国家实验室宣布建造ARM处理器的超算Astra，浮点性能达到2.3PFLOPS。

英伟达也推出主要面向大型数据密集型 HPC的Grace ，内置下一代 ARM Neoverse 内核，每个CPU能在 SPECrate2017_int_base 基准测试中单位时间运行超过 300 个实例。

边缘计算方面，英伟达正扩大与 Marvell 的合作，将基于 ARM 的 OCTEON DPU 与 GPU 相结合，加速 AI 工作负载，实现网络优化和安全。

实际上，ARM自身也在不断推出助力芯片企业进入高性能计算场景的平台，先后相继推出了Neoverse V系列、Neoverse N系列和Neoverse E系列。

目前有三家国内的初创公司正进行基于Neoverse N2的相关产品开发。其中，遇贤微电子和鸿钧微电子是致力于云原生服务器 CPU 的开发，云豹智能则是针对 DPU 领域。

我国厂商在 ARM 生态中布局甚广，华为鲲鹏和天津飞腾芯片均有 ARM 架构台式机和服务器芯片，ARM 生态整机厂商包括长城、浪潮、同方、曙光等，国产操作系统亦广泛支持。

从服务器芯片的发展历程来看，在2010年，很多企业只能采用X86芯片，经过2010年到2020年的十年攻关，完成了X86向ARM架构的软件移植。现在，ARM凭借着自身优势，开始在服务器领域冲锋陷阵。