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處理器史話 | 服務(wù)器CPU市場的戰(zhàn)役, AMD、Intel和ARM的廝殺

2017/02/11
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說完了個性鮮明的消費類電子,接下來聊一聊通用的“巨無霸”型 CPU——服務(wù)器 CPU。
服務(wù)器 CPU,顧名思義,就是在服務(wù)器上使用的 CPU。


眾所周知,服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備,要接受少至幾人、幾十人,或者多至成千上萬人的訪問,因此,對服務(wù)器具有大數(shù)據(jù)量的快速吞吐、超強(qiáng)的穩(wěn)定性、長時間運行等嚴(yán)格要求。作為計算機(jī)“大腦”的 CPU,是衡量服務(wù)器性能的首要指標(biāo)。


關(guān)于服務(wù)器的 CPU 類型的區(qū)分,早期延續(xù)了指令系統(tǒng)的方法,通常分為 CISC 型 CPU 和 RISC 型 CPU 兩類,后來又出現(xiàn)了一種 64 位的 VLIW(Very Long Instruction Word 超長指令集架構(gòu))指令系統(tǒng)的 CPU。


目前,在中高檔服務(wù)器中采用 RISC 指令的 CPU 主要有以下幾類:
(1)PowerPC 處理器
(2)SPARC 處理器;
(3)PA-RISC 處理器;
(4)MIPS 處理器;
(5)Alpha 處理器;


關(guān)于 CISC 和 RISC 的定義及區(qū)分,詳見前文,這里只對 CISC 和 VLIW,做一下對比,見下表。

CISC

VLIW

定義

基于 PC 機(jī)體系結(jié)構(gòu),一般都是 32 位的結(jié)構(gòu)

IA-32(IA: Intel Architecture,Intel 架構(gòu))

超長指令集架構(gòu),采用了先進(jìn)的 EPIC(清晰并行指令)設(shè)計,稱為

IA-64 架構(gòu)(包括 Intel 研發(fā)的安騰處理器)

主要廠商

Intel 的服務(wù)器 CPU

AMD 的服務(wù)器 CPU

Intel 的 IA-64

AMD 的 x86-64

優(yōu)點

  • 以“小、巧、穩(wěn)”"為特點,憑借可靠的性能、低廉的價格,得到了更為廣泛的應(yīng)用。
  • 互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)領(lǐng)域,用于文件服務(wù)、打印服務(wù)、通訊服務(wù)、Web 服務(wù)、電子郵件服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)等用途。

缺點

  • 缺乏與 x86 的兼容。


關(guān)于 IA-64 的兼容問題,Intel 也是煞費苦心。初期 Intel 為了 IA-64 處理器能夠更好地運行兩個朝代的軟件,它在 IA-64 處理器上(Itanium、Itanium2 ……)引入了 x86-to-IA-64 的解碼器,這樣就能夠把 x86 指令翻譯為 IA-64 指令。這個解碼器并不是最有效率的解碼器,也不是運行 x86 代碼的最好途徑(最好的途徑是直接在 x86 處理器上運行 x86 代碼),因此 Itanium 和 Itanium2 在運行 x86 應(yīng)用程序時候的性能非常糟糕。這也成為 X86-64 產(chǎn)生的根本原因。


最后值得注意的一點,雖然 CPU 是決定服務(wù)器性能最重要的因素之一,但是如果沒有其他配件的支持和配合,CPU 也不能發(fā)揮出它應(yīng)有的性能。


那么問題來了,同為 CPU,服務(wù)的 CPU 和普通的 CPU 有哪些不同呢?

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1. 服務(wù)器 CPU 與普通 CPU 的 PK
沒有對比就沒有傷害,請看下面的實例:
一臺普通的 P4 3.0 和一臺 DELL 服務(wù)器的 3.0 內(nèi)存都是 2G,主頻相同、內(nèi)存相同,它們的差異在哪里?


答案是整體性能的表現(xiàn)不同,因為服務(wù)器 CPU 設(shè)計要求與前者不同,相關(guān)要求及參數(shù)如下表:


服務(wù)器 CPU 與普通 CPU 的設(shè)計要求對比表

參數(shù)

服務(wù)器CPU

普通CPU

運行時間

  • 可連續(xù)運行時間長,基本都是設(shè)計為能常年連續(xù)工作。
  • 穩(wěn)定性更好,當(dāng)然價格更貴
  • 按 72 個小時連續(xù)工作而設(shè)計的

多路級聯(lián)

  • 支持多路互聯(lián),簡單的說就是 1 臺機(jī)器可裝很多 CPU
  • 不支持

RAID 功能

服務(wù)器具有 RAID 功能,支持盤陣

其他

運用大量的先進(jìn)技術(shù),價格貴

上表只是設(shè)計的理念上的不同,那么二者在現(xiàn)實中的差異如何呢?


根據(jù)應(yīng)用的不同,兩者的差別很大,關(guān)于這一點,有一個形象的比喻:PC 就相當(dāng)于什么都會的門診醫(yī)生,但是醫(yī)術(shù)不是那么精湛,而服務(wù)器就應(yīng)該是某個方面的專家了,處理能力越出眾,它“?!钡木驮絽柡?。


關(guān)于這個“?!弊值睦斫?,可以從硬件和軟件兩方面來看。


首先從硬件上看,詳細(xì)的數(shù)據(jù)如下:


服務(wù)器 CPU 與普通 CPU 的硬件參數(shù)對比表

普通 PC

服務(wù)器

CPU 指令集

  • 通常為 CISC 復(fù)雜指令集,追求指令集的大而全,盡量把各種常用的功能集成到一塊
  • 調(diào)用速度和命中率相比服務(wù)器 CPU 較低一些
  • 一般是采用的 RISC,針對性更強(qiáng),可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行專門的優(yōu)化,能效更高

內(nèi)存

滿足要求即可

服務(wù)器上的原則也上越快越大越好,不過它對糾錯和穩(wěn)定提出了更高的要求

緩存

近幾年才用上了緩存技術(shù)。

  • 往往應(yīng)用了最先進(jìn)的工藝和技術(shù),并且配備了一二三級緩存,運行能力更強(qiáng)
  • 服務(wù)器 CPU 很早就用上了 3 級緩存

硬盤

滿足要求即可

  • 一般都是企業(yè)單位,里面都是保存了大量珍貴數(shù)據(jù),這對硬盤就提出了安全穩(wěn)定的要求
  • 必須能做到 24*7 不間斷工作的要求

顯卡

用戶根據(jù)要求,自己選擇,如:游戲機(jī)需要高配置的顯卡。

通常沒有顯卡卡槽,自帶的核心顯卡即可滿足需求

總線

帶寬低

帶寬高

其他接口

通常為 Socket 775

大多為 Socket 771、Socket 775、LGA 2011、LGA 1150

CPU 價格

通常幾百元到幾千元,主流產(chǎn)品價格基本在千元左右

一般服務(wù)器 CPU 價格都在千元以上,高端服務(wù)器 CPU 都是在萬元以上,甚至幾十萬


接下來說說軟件,軟件就主要指操作系統(tǒng),比如熟悉的 NT,2000 SERVER,2003 SERVER,LINUX,SOLRAIS 和 UNIX 等等,都是專門針對服務(wù)器設(shè)計的。


不過,CPU 的性能主要靠主板和內(nèi)存才能完全發(fā)揮出來,因此服務(wù)器 CPU 與普通 CPU 不要混用,這是由于先天性的設(shè)計特點,很多家用電腦的主板是不適合服務(wù)器 CPU 使用的,即使可以用,很多時候也無法保證發(fā)揮出其性能優(yōu)勢。畢竟尺有所短寸有所長,兩者定位與設(shè)計不同。

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2. AMD、Intel 和 ARM 在微服務(wù)器市場的廝殺
目前,全球領(lǐng)先的微服務(wù)器 CPU 生產(chǎn)廠商有三大巨頭,分別是 AMD、Intel 和 ARM,它們各自在服務(wù)器處理器領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn),那么到底誰稱得上是這個行業(yè)的第一呢?


看到這里,讀者也許會提出疑問:關(guān)于服務(wù)器的 CPU,為什么不提 IBM 呢?


這里不回答,看看前文就知道了。


(1)三大巨頭的技術(shù) PK 之路
下面,擺事實,列數(shù)據(jù),請看上述三大巨頭在服務(wù)器方面的發(fā)展簡歷:


芯片廠商在服務(wù)器 CPU 方面的技術(shù)發(fā)展歷程

時間

技術(shù)

廠商

2006 年

  • CPU 超線程技術(shù)
  • 利用特殊的硬件指令,把多線程處理器內(nèi)部的兩個邏輯內(nèi)核模擬成兩個物理芯片,從而使單個處理器就能“享用”線程級的并行計算的處理器技術(shù)。多線程技術(shù)可以在支持多線程的操作系統(tǒng)和軟件上,有效的增強(qiáng)處理器在多任務(wù)、多線程處理上的處理能力。

Intel

2007 年

  • 65 納米制造工藝應(yīng)用于 AM2 系列產(chǎn)品,Athlon 64X2(3800+、4200+、4600+)。
  • 相對于英特爾產(chǎn)品已搶占 65 納米的先機(jī),再加上陸續(xù)推出的新一代 Core 微架構(gòu)處理器,AMD 只能憑借降低制造成本,展開價格戰(zhàn),予以回?fù)簟?/li>

AMD

  • 45 納米 CPU 突破硅處理器瓶頸

Intel

2009 年

  • 推土機(jī) 12 核 CPU
  • 將采用 Multi-Chip Package 技術(shù),把兩顆六核心封裝在同一顆處理器上,同時將改良內(nèi)存技術(shù)減低內(nèi)存延遲的出現(xiàn)

AMD

2010 年

  • 多核 CPU 單線程性能技術(shù)
  • 開發(fā)了一項名為"Anaphase"的技術(shù)這個硬件與軟件的混合體采用了多個內(nèi)核來提高單線程性能,依賴不同的猜測技巧來自動分區(qū)單線程應(yīng)用,這樣就可以在多個內(nèi)核上處理這些應(yīng)用。

Intel

2010 年

  • Sandy Bridge GPU CPU 融為一體
  • 將 GPU 和 CPU 融合成為了一顆芯片,這是顯示核心的全新實現(xiàn)方式,同時也標(biāo)志著 CPU 進(jìn)入了 32 納米的時代。CPU 與 GPU 的融合也是的他們之間的界限不再明顯。

Intel

2011 年

  • APU 迎戰(zhàn)新酷睿
  • AMD 第一款融核加速器代號“Ontario”面向便攜領(lǐng)域,功耗只有 9W?;?Bocat 架構(gòu)的 X86 CPU 有單核心、雙核心、兩種。低功耗和小體積是這款 APU 的優(yōu)勢和特點。

AMD

2012 年

  • ARM 亂入,CPU 市場打破格局
  • ARM 服務(wù)器處理器相比于英特爾處理器的最大優(yōu)勢在于低能耗,將 EnergyCore ECX-1000 與英特爾服務(wù)器處理器 E3-1240 對比測試,其節(jié)能性的特點較為突出。每瓦特性能上,EnergyCore ECX-1000 是英特爾 E3-1240 的 15 倍。

ARM

 
從以上的服務(wù)器 CPU 發(fā)展歷程,可以清晰的看到,長期以來,服務(wù)器處理器領(lǐng)域都是 Intel 和 AMD 二分天下,從普通的 PC 機(jī)到服務(wù)器,他們一直是“最佳”競爭對手。但隨著服務(wù)器的不斷發(fā)展,低功耗,高性能的微服務(wù)器逐漸成為新的發(fā)展方向,作為后起之秀的 ARM 服務(wù)器處理器,大有后來者居上的趨勢。ARM 架構(gòu)相比 Intel 的 X86 架構(gòu)也有其優(yōu)勢,那就是功耗相比后者要低的多,而能耗正成為數(shù)據(jù)中心的一大成本,低功耗的特點讓 ARM 架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心中具有很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。


不過 Intel 和 AMD 都在向微處理器領(lǐng)域發(fā)展。


早在 2012 年底,Intel 發(fā)布了最新的 Atom S 系列的服務(wù)器芯片,此次發(fā)布的 Atom S1200 處理器中,功耗最低只有 6W。Intel 表示,采用該芯片,設(shè)備制造商可設(shè)計出高密度、低功耗的微型服務(wù)器產(chǎn)品,應(yīng)用在網(wǎng)站代管、內(nèi)容服務(wù),或是網(wǎng)站前端服務(wù)器上,或是應(yīng)用在需要大量部署服務(wù)器,需要高密度服務(wù)器節(jié)點、降低耗電量的數(shù)據(jù)中心。

Atom S1200 系列處理器


2013 年 9 月,Intel 推出低功耗 Atom 服務(wù)器芯片——代號“Avoton”,作為 Atom C2000 產(chǎn)品家族中的一員,Avoton 芯片將主要應(yīng)用于高密度服務(wù)器。而作為第一代 Atom S1200 代號“Centerton”服務(wù)器芯片的后續(xù)產(chǎn)品,相比此前的架構(gòu)有了重大的改進(jìn)。
此后,各大廠商紛紛應(yīng)對,向 Intel 的低功耗服務(wù)器 CPU 發(fā)起挑戰(zhàn),最“激動”的莫過于老對手 AMD。2016 年 1 月,AMD 新的 Seattle 服務(wù)器芯片開始出貨,它是該公司的第一款 ARM 架構(gòu)處理器, AMD 希望用 ARM 架構(gòu)服務(wù)器處理器挑戰(zhàn) Intel 的統(tǒng)治地位。


AMD 的第一款 ARM 架構(gòu)服務(wù)器 CPU

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(2)三大 CPU 廠商的優(yōu)勢對比
如今在處理器市場,三家可謂都如坐針氈,一個是想進(jìn)入企業(yè)級領(lǐng)域的新興 ARM,另兩個是一直的統(tǒng)治者,三者之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜,但是他們的競爭是不可避免的,但有競爭就有失敗,下面分三個方面來看一下各自的優(yōu)缺點。


硬件支持
硬件支持是一個處理器成功非常重要的條件,英特爾和 AMD 在企業(yè)級處理器方面有很多合作伙伴,而 ARM 雖然發(fā)展勢頭正猛,但是其在企業(yè)級領(lǐng)域方面并沒有經(jīng)驗,其缺少與 OEM 廠商或 ODM 廠商,但其在去年拉攏了 AMD 也許對 ARM 會有所幫助。


軟件支持
軟件對處理器同樣非常重要,這方面跟硬件方面的情況差不多,ARM 在軟件方面支持缺少相應(yīng)的廠商,其支持者主要是開源方面的一些廠商,但是英特爾和 AMD 在這方面已經(jīng)非常完善。


經(jīng)驗
ARM 在處理器市場也有著非常多的經(jīng)驗,而且其特殊的商業(yè)模式讓其在市場上的合作伙伴非常多,但是在面對市場競爭方面,顯然英特爾更有經(jīng)驗,而且英特爾可以說屢戰(zhàn)屢勝。AMD 則要稍遜。

3. 國產(chǎn) CPU 當(dāng)自強(qiáng)
在低功耗 CPU 處理器方面,中國也不甘示弱,取得了令世界矚目的成績。


2016 年 6 月,華為采用自主架構(gòu)的 ARM 架構(gòu)服務(wù)器芯片已經(jīng)研發(fā)成功,被命名為 TAISHAN ARM 服務(wù)器芯片,這意味著其在服務(wù)器芯片市場終于要大干一場。


華為 TAISHAN ARM 服務(wù)器芯片


2016 年 8 月 23 日,由中國天津飛騰信息技術(shù)有限公司設(shè)計的一款代號為 FT-2000/64 的 64 核中央處理器及其服務(wù)器樣機(jī),在硅谷舉行的一場國際研討會上首次公開亮相,連續(xù) 3 天的展示吸引了國際同行關(guān)注。


FT-2000/64 處理器采用“進(jìn)階精簡指令集機(jī)器”(ARM)架構(gòu),兼容 64 位指令集,集成 64 個飛騰公司自主設(shè)計的處理器核心,核心頻率 2.0 千兆赫茲,浮點運算的峰值速度為每秒 5120 億次。

FT-2000/64 服務(wù)器 CPU


FT2000,它最早亮相于 2015 年的 HotChips 大會,代號“火星”,定位于高性能服務(wù)器、行業(yè)業(yè)務(wù)主機(jī)等?;鹦翘幚砥鞑捎?28 納米生產(chǎn)工藝,主頻為 1.5GHz~2.0GHz,功耗 100W~120W。


FT2000 之所以引人注目還因為在性能方面,其公布的 Spec 2006 測試中,成績?yōu)檎麛?shù) 672,浮點 585,足以和 Xeon E5-2699v3 相媲美,這也是國產(chǎn)服務(wù)器芯片第一次在性能上追平 Intel。

又是一場關(guān)于 CPU 的混戰(zhàn),那么服務(wù)器類 CPU 將來的發(fā)展如何?誰將成為服務(wù)器 CPU 的霸主?一切交給時間吧。

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容,未經(jīng)允許,不得轉(zhuǎn)載!

系列匯總:

之一:第一款處理器之謎

之二:處理器的春秋戰(zhàn)國時代:8 位處理器的恩怨與紛爭(上)

之三:處理器的春秋戰(zhàn)國時代:8 位處理器的恩怨與紛爭(下)

之四:處理器的三國時代:蘋果攪動 MCU 江湖

之五:處理器的三國時代:DR 公司盛氣凌人,IBM 轉(zhuǎn)身成就微軟

之六:32 位處理器的攻“芯”計:英特爾如何稱霸 PC 江湖?

之七:AMD 稱霸 PC 處理器市場的“曇花一現(xiàn)”

之八:CPU 兩大陣營對擂,X86 構(gòu)架讓英特爾如日中天

之九:你知道 X86 構(gòu)架,你知道 SH 構(gòu)架嗎?

之十:SuperH 系列處理器:昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”

之十一:MIPS 構(gòu)架:曾經(jīng)是英特爾的“眼中釘”

之十二:MIPS 構(gòu)架之:我和龍芯有個約會

之十三:ARM 架構(gòu):有處理器之處,皆有 ARM

之十四:ARM 和英特爾還有一場“硬仗”要打!

之十五:PowerPC 架構(gòu):IBM 的一座金礦

之十六:PowerPC 和它的“前輩們”:曾經(jīng)那么風(fēng)華絕代

之十七:PowerPC 和它的“前輩們”:一代更比一代強(qiáng)

十八:當(dāng) Power 架構(gòu)的發(fā)展之路遭遇“滑鐵盧”

之十九:開啟多核時代的 Yonah:它是英特爾酷睿 core 的開發(fā)代號

之二十:除了 Core iX 系列,你未曾注意的架構(gòu)還有這些!

之二十一:處理器廠商的絕密武器之工藝之爭

之二十二:CPU 的主頻、倍頻、超頻,不是頻率越高速度就越快

之二十三:這張漫畫告訴你,為什么雙核 CPU 能打敗四核 CPU?

之二十四:核”與“線程”對 CPU 工作效率的貢獻(xiàn),各有千秋

之二十五:英特爾和 AMD 在“核戰(zhàn)場”上的殊死搏斗

之二十六:多核 MCU 的出路在哪里?

之二十七:多核異構(gòu)新方向,ARM 與 Intel 在手持設(shè)備市場的“廝殺”

之二十八:大小核的發(fā)展:大四核?小四核?這款 CPU 到底是幾個核?

之二十九:大小核(big.LITTLE)架構(gòu)的前世今生

之三十:從 PC 到手機(jī),處理器的舞臺大轉(zhuǎn)移

之三十一:CPU 的新戰(zhàn)場 -- 從 PC 領(lǐng)域殺到手機(jī)

AMD

AMD

AMD公司成立于1969年,總部位于美國加利福尼亞州桑尼維爾。AMD(NYSE: AMD)是一家創(chuàng)新的科技公司,致力于與客戶及合作伙伴緊密合作,開發(fā)下一代面向商用、家用和游戲領(lǐng)域的計算和圖形處理解決方案。

AMD公司成立于1969年,總部位于美國加利福尼亞州桑尼維爾。AMD(NYSE: AMD)是一家創(chuàng)新的科技公司,致力于與客戶及合作伙伴緊密合作,開發(fā)下一代面向商用、家用和游戲領(lǐng)域的計算和圖形處理解決方案。收起

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

1996畢業(yè)于華東理工大學(xué)自控系,同年7月進(jìn)入某大型國企擔(dān)任電氣員。2000年轉(zhuǎn)行從事硬件研發(fā)相關(guān)工作;后從事RFID相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計,曾參與中國自動識別協(xié)會RFID行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草;歷任硬件工程師、主管設(shè)計師、項目經(jīng)理、部門經(jīng)理;2012年至今,就職于沈陽工學(xué)院,擔(dān)任電子信息工程專業(yè)教師,研究方向:自動識別技術(shù)。已經(jīng)出版教材《自動識別技術(shù)概論》,職場故事《51的蛻變 》。