Arm服务器芯片迎来新的发展机遇?

在2017年年底，专注于数据存储设备芯片的巨头Marvell宣布，以60亿美元的价格收购Cavium。后者作为通信和网络芯片专家，所提供的芯片和解决方案能够与Marvell的产品紧密结合，为随后几年到来网络和大数据时代提供覆盖广泛的基础设施支持。

其中，Arm服务器芯片绝对是Marvell这单收购的一个不可忽视的重点。

众所周知，过去多年里，服务器就一直是Intel的“禁脔”，他们也凭借在这个市场近乎垄断的市场份额大挣特挣。有见于此，Arm在2008年就动了进军这个市场的心。并在当年投资了一家名为Smooth Stone（后改名为Calxeda）的初创公司，自此开启了服务器芯片领域的十数年征程。

按照行业专家Winnie Shao在其题为《Arm服务器芯片编年史》的文章中介绍，Arm服务器芯片在过去多年里经历了三波潮流，Marvell则是第一波Arm服务器浪潮的“幸存者”。早在2013年，他们就推出了其基于Arm定制内核研发的Armada XP四核系列。Cavium则是第二波浪潮的参与者，他们在2016年推出了其第一个ARMv8服务器处理器Thunder X。

现在，站在Cavium的肩膀上的Marvell推出了全新一代的Arm 服务器芯片Thunder X3，力争成为第三波Arm服务器芯片潮流的胜利者。

Arm服务器芯片的最好时机

可以肯定的是，在现在X86生态如此成熟，Intel市场号召力如此强大的现状下，Arm服务器芯片想在市场上站稳一席之地，绝不是一件轻而易举的事情。过去多年里那么多参与者来来去去就是一个强有力的证明。

但在Marvell半导体公司副总裁及服务器处理器部总经理Gopal Hegde看来，现在Arm服务器芯片迎来了新的机遇。

首先从应用场景上看，Gopal Hegde指出，在十几年前，数据中心还不是很热门，很多应用的用户相对较少。但现在，每个应用都有庞大的用户，这就对服务器提出了更多的要求。“过去，因为技术不到位，只在一个线程上处理，并行的业务要求也不高。现在，除了强调单线程性能，还强调并行处理器能力，后者在今天尤其重要”，Gopal Hegde举例说到。

他进一步指出，随着服务器规模做的越来越大，大家对成本、功耗非常敏感，所以很多数据中心都需要成本最低的解决方案，这也是市场上推Arm这样低功耗、低成本设计处理器感兴趣的原因。

其次从架构需求上看。Gopal Hegde告诉记者，随着GPU、异构计算架构不断涌现，大家对Arm架构的服务器处理器的兴趣也是越来越高。

“之前传统的软件有很多都是由第三方提供的，比如Oracle提供数据库，但很多客户没有源代码。但是今天不一样，一些超大规模数据中心工作负载的应用都是有源代码的，能够很快的解决问题，而且还允许改变源代码来改变程序来加速创新能力。这就给ARM服务器的引入带来了方便，且能更轻松应对兼容的问题。”

第三，X86两大巨头的的现状给Arm服务器芯片提供了一个机会。

按照Gopal Hegde所说，英特尔之所以能雄霸服务器芯片巨头多年，其领先的晶圆制造能力是很重要的一部分。但进入最近几年，他们在制造工艺上落后了。反观Arm服务器芯片开发者的合作伙伴台积电，则勇猛向前。拉开了与Intel的差距，带给了Arm服务器机会。

至于AMD，虽然凭借EPYC架构重返服务器市场，他们的ROME系列在推出以来，也受到了客户的高度认可。但在和当前的Arm服务器芯片玩家相比，他们的架构带来了延迟、带宽和功耗等方面的先天硬伤。

“还有一点，X86架构拥有了数十年的历史，它的CPU核纪要解决服务器市场问题，也要解决电脑市场的问题，这就使得架构本身在平衡两边需求的时候，有了一些限制。但是Arm服务器芯片的内核是专为服务器市场所设计的，因此在集成度和性能上都优于X86。这就是为什么今天Arm服务器在这个市场上有很大优势的原因”，Gopal Hegde补充说。

虽然Arm服务器有诸多的优势，但正如Gopal Hegde所说，并不是每个市场他们都会涉足。例如在企业级市场就是Marvell不会进入的。“Arm服务器并没有跟x86全线竞争”，Gopal Hegde强调。

他继续指出，虽然未来很多企业会买很多服务器，但这个市场是战略性的，且在这个市场，Arm服务器的生态并不如X86成熟的。在这，这个市场的成长性是比较慢的。为此Marvell抓的是生态成熟、而且成长非常快的HPC、云和运和边缘端的Arm原生应用这三个市场。

Marvell的底气

为了迎接这个新时代的到来，Marvell已经做好了充分准备，而这一切都是基于他们前几年的积累。在前面我们讲到了Marvell（包括Cavium）在Arm服务器芯片的投入。这也帮助他们在其第二代Arm服务器芯片Thunder X2上取得了不错的成绩。

据Gopal Hegde介绍，Marvell现在已经在HPC和云计算市场取得了比较不错的成绩，也获得了包括包括 Microsoft Azure 、惠普、CRAY、Atos、劳伦斯·利弗莫尔（Lawrence Livermore）国家实验室，桑迪亚（Sandia）国家实验室，和橡树岭（Oak Ridge）国家实验室等客户的认可。

从Gopal Hegde的介绍我们得知，微软希望将40%-50%的量迁移到Arm服务器上，他们内部也正为Microsoft Azure部署基于Marvell ThunderX2 服务器处理器的量产级服务器。

但Gopal Hegde也指出，微软不一定会全全部选择Marvell的方案，不过微软公司 Microsoft Azure资深工程师Leendert van Doorn博士曾表示：“微软Project Olympus云硬件与Marvell ThunderX2服务器处理器的结合是一个里程碑。因为这提升了Azure云基础设施中 Arm64产品的开发能力，这将有助于推动平台创新。而与Marvell和鸿佰科技的合作为我们的内部使用带来了最完整、性能最强的Arm服务器解决方案”。

而为了推动Arm服务器芯片更好地应用，Marvell与超过100个合作伙伴建立打造生态，希望助力Arm服务器芯片快速成长。而新一代的Thunder X3则是他们为这个市场带来的新一代“动力”。

据介绍，这是一颗使用台积电7nm工艺打造的芯片，拥有96个内核，每个核心拥有四个线程，那就意味着他们每个插槽的总计算能力达到了384线程。“这是我们与其他竞争对手非常不同的一个点”，Gopal Hegde强调。他指出，X86竞争对手的一个核只有两个线程，而其他Arm服务器芯片友商都只有一个线程，这就让他们无论是在云或者HPC应用上，都拥有其他竞争对手所不具备的优势。

“在云计算应用中，Thunder X3目标工作负载（如大数据、数据库、流媒体、Web 层、弹性搜索和云存储）的本质上都是高度并行。那么芯片本身每个核对4个超线程的支持，就能够为此应用带来显著的性能提高。”，Gopal Hegde举例说到。

而从Gopal Hegde提供的数据我们可以看到，Thunder X3的多线程也的确给他们带来了多方面的提升和领先。

来到DDR 存储方面，Thunder X还是延续了上一代的DDR4，内存接口支持 8 通道 DDR4-3200，每个通道可搭载 2 个 DIMM；在外部接口方面则升级到64个PCle 4.0，并搭载 了16个控制器，这就使得芯片拥有了更强的扩展能力；在浮点运算方面，Thunder X3每个核里面搭载四个 128 位 SIMD （Neon） 单元，比上一代提升一倍，这对超算、AI和机器学习来说非常重要；此外，Thunder X3还支持单节点和双节点配置，这都让这个处理器增色不少。

据Gopal Hegde透露，ThunderX3 中微架构的改进使得 IPC 的整体性能较 ThunderX2 提高 25%。结合处理器频率和 DDR 频率的提升，单线程总体性能则较上一代提高了60%以上。在单颗处理器层面，相较于 ThunderX2，ThunderX3 的整数运算性能也提升 3 倍以上，浮点运算性能更是提升了 5 倍以上。

在介绍的过程中，Gopal Hegde特别强调了Marvell Thunder X3对Arm终端上原生Arm应用程序的支持。他指出，现在厂商开始逐渐把游戏和应用放到服务器上，考虑到现在的终端基本都是一样基于Arm芯片设计的，那就意味着X86在相关的支持上会有先天的缺陷，而这正是Arm服务器芯片所擅长的。

为了更好地服务这个市场的客户，Marvell正在持续更新迭代产品，他表示，公司新一代的Thunder X处理器已经在研发当中，在差不多两年的时间内我们就能看到产品的更新。而在谈到下一代产品的发展的时候，他强调，公司会根据市场的发展需求提升芯片的规格。例如在chiplet方面，虽然现在Marvell没有采用，但他表示，按照现在的发展，芯片性能提升必然会碰到瓶颈，届时他们也会考虑转到这上面来。

在沉寂了几年之后，Arm服务器芯片终于在今年又一次热闹起来，除了Marvell外，Ampere Computing、华为和亚马逊也都在近期推出了新产品，欧洲也有厂商开始进入这个市场。他们在相关市场的竞争也激烈了起来，再加上AMD Rome系列和Intel Cascade-Lake-SP的虎视眈眈。对于Marvell来说，这段征程并不会是坦途。

但从Gopal Hegde的言语看来，他们充满了信心。
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