80核处理器 ARM服务器生态已成熟 80核CPU将冲击X86大本营

安培公司是一家专注于ARM架构服务器芯片的新公司。2019年，甲骨文向安培投资4000万美元。此前，安培还接受了ARM的注资。可以被技术巨头们纷纷青睐，因为这个处理器新贵肩负着伟大的使命，将代表ARM阵营继续挑战X86架构在服务器芯片领域的霸主地位。

安培，以前被称为应用微的ARM处理器部门，于2017年被私募股权公司凯雷集团(Carlyle Group)从Macom收购。安培首席执行官蕾妮·詹姆斯(Renee James)于2016年2月离开英特尔后加入凯雷集团，最终为凯雷集团投资成立安培公司做出了贡献。

成立后，安培很快推出了一款产品:基于ARM v8.0架构的32核芯片eMAG芯片，由TSMC TSMC 16FF+工艺搭建，运行于3.3 GHz。芯片已经交付给联想等客户。一年半之后，2020年3月，安培的最新产品奥驰亚诞生了，被定义为世界上第一款“云原生处理器”。

为云而生

在介绍奥驰亚的特性之前，先说大背景:云计算。

这个众所周知的概念是从企业计算发展而来的。然而，云计算对处理器的需求发生了巨大变化。用安培产品高级副总裁杰夫·威迪奇(Jeff Wittich)的话来说，从软件的角度来看，目前的需求更多的是迅速向原来的容器、微服务等云计算模式转变，而不是面对以前的企业级内部计算模式。

另外，越来越多的边缘数据中心的加入，对延迟、散热、功耗带来了不同的需求。“对包括边缘云计算在内的超大规模云的需求不断增长，这使得我们对部署密度和CPU等能耗的要求越来越高。”杰夫·威迪奇说。

还有两个重要的变化:机器学习和AI功能增强，基础设施定制。前者使各地对计算能力的需求日益增加，后者要求为客户定制的各种异构基础设施也具备云计算的能力。

“因此，我们需要一种新型的计算能力，尤其是针对云计算。”杰夫·威迪奇总结道:“我们需要大量非常高效的CPU内核，我们需要整个基础架构的非常低的功耗，我们需要非常好的可扩展性。”

奥驰亚就是这种新计算能力的代表。这款芯片从一开始就设计制造，面向云，是为满足云计算需求而生的CPU。

像这样的强者

Jeff Wittich将当代云计算的需求归结为三种类型:可预测性、跨平台可扩展性、高能效和部署密度。

奥驰亚拥有80个64位ARM内核，采用单片芯片技术。所有内核在Mesh网络下连接在一起，具有非常高的内存带宽和内存密度，可以提供很高的可预测性。

基于业界领先的每核功耗，奥驰亚可以提供出色的可扩展性，并可以在从边缘到超大规模云的不同部署环境中提供多种处理器配置。同时，奥驰亚还提供多通道支持，非常灵活的I/O连接，高带宽。

杰夫·威迪奇强调:“我们的处理器最大的优势就是功耗非常低，单核功耗更低或者说性能功耗比是业界最高的。”

“我们的CPU特别适合当今云计算所需的计算模型，包括容器、微服务和功能即服务等计算模型。”杰夫·威迪奇说。

奥驰亚的一个主要特点是采用单核和单线程设计，通过消除单物理核和多线程设计中多用户争夺共享资源造成的“邻区干扰”问题，可以提供100%可预测的内核性能。Jeff Wittich认为，单核和单线程的设计可以保证操作或执行中的一致和可预测的性能。从执行角度来看，设计单核和单线程首先可以减少延迟，其次可以保持可预测的性能一致性

奥驰亚也有两个128比特的SIMD单位用于浮点计算。现在推理变得越来越重要，它运行在所有的基础设施上，所以Altra提供了int8和FP16的支持来提高AI推理加速性能。

在缓存方面，奥驰也“花了不少钱”。它有单核64KB L1 I/D缓存、单核1MB L2缓存和32MB系统级缓存。

内存子系统也经过精心设计。奥驰亚有8个DDR4通道，频率3200Hz。每个通道可以插两个内存，运行时可以提供200GB/s的单次传输速度。“此外，我们有一个非常好的输入/输出子系统，一条路径上有128个PCIe第四代通道，两条路径上有192个PCIe第四代通道，这是业界最高的。X16控制器可分为x8、x4或x2不同的设计选项。Altra可以连接高带宽GPU，也可以连接高扇出和NVME存储设备。”杰夫·威迪奇补充道。

“除了拥有最多的80枚内核之外，我们的处理器还拥有业界最佳的性能。我们的性能优于AMD的64核EPYC处理器和28核英特尔至强处理器。”Jeff Wittich指出，对于一些基于云的应用，如搜索、AI推理、解码、数据库等，奥驰不仅性能更高，而且功耗更低，性能功耗比高于AMD的EPYC和英特尔至强。

生态已经改变

从Calxeda到Applied Micro再到高通，ARM系统冲击服务器CPU的企图已经流产，但英特尔已经逐渐占据了90%的市场份额。

背后有很多原因，主要是过去的服务器生态对ARM不友好。但是这种情况已经改变了。

杰夫·威迪奇指出，ARM架构具有领先数据中心的性能和能效。另外ARM软件的生态现在基本成熟，运行数据中心的这些软件都可以在ARM上运行。更重要的是，TSMC现在拥有7纳米的先进工艺技术。

杰夫威迪奇认为，所有大型操作系统，如Linux、BSD、windows等，都可以通过ARM架构来支持。集装箱化，包括docker、VMware、KVM、Kubernetes等虚拟化工具，可以在ARM架构下运行。ARM也可以支持CUDA、Java等编程语言。

重要的一点是，现在部署的ARM设备大约有1200亿台，主要分布在移动、物联网、消费电子等领域。随着如此大规模的设备部署，ARM系统已经成为最大的处理器生态系统。

就总体拥有成本而言，在相同的总应用成本下，奥驰亚的性能比AMD的EPYC高出41%。“如果与英特尔至强处理器(包括2月24日发布的最新版本)相比，我们设备的整体应用成本要高出63%。”杰夫·威迪奇说。

安培的团队很有经验，平均做服务器20多年。杰夫·威迪奇认为，这也是奥驰亚的优势。“我们的团队已经设计了多代服务器处理器，市场上的出货量非常大。我们的团队在整个行业中拥有非常广泛的合作伙伴生态系统，包括知识产权供应商和软件供应商。”

杰夫·威迪奇告诉记者，英伟达去年宣布全力支持ARM生态系统，这是一个很大的进步。“我们还在建立自己的软件生态系统，并与包括软件开发人员在内的所有开源社区合作，以进一步改善我们的生态。”

据杰夫·威迪奇(Jeff Wittich)介绍，在过去的一年里，安培一直在与微软、甲骨文(Oracle)等主要云服务提供商合作。，包括其他一些正在测试奥驰亚处理器的制造商。他预计2020年下半年厂商会进行部署，年中会进行量产。

安培已经为未来制定了计划。“我们计划在2021年将神秘屋作为新产品推出。神秘岛的内核更多，性能更好，与目前的奥驰平台兼容。我们将在2022年推出一款名为Siryn的新产品。Siryn的内核比前两款产品多，性能更好，功耗更低，基于云的设计功能更多。”杰夫·威迪奇最后说。(校对/汉弗莱)