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文 I 十巷

報(bào)道 I 芯潮IC

ID I xinchaoIC

近些年來，ARM風(fēng)頭一時(shí)無(wú)兩。

它不僅僅統(tǒng)治了手機(jī)、嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)，在蘋果的加持下也開始在PC桌面賽道展露頭角。如今在一些高性能計(jì)算領(lǐng)域，一眾云服務(wù)廠商也宣稱正在使用ARM處理器芯片。

ARM挾獨(dú)特優(yōu)勢(shì)進(jìn)軍更具潛力的市場(chǎng)，Neoverse的誕生為其開辟出一條新賽道。然而，在服務(wù)器市場(chǎng)數(shù)次鎩羽而歸的ARM，這一次能走多遠(yuǎn)呢？

近年來，以5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新興技術(shù)正在加速智能化應(yīng)用的爆發(fā)，同時(shí)企業(yè)對(duì)包括人工智能和高性能計(jì)算在內(nèi)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求加速，導(dǎo)致云計(jì)算的使用率越來越高。

在此趨勢(shì)下，為了提高服務(wù)的靈活性，全球各大云服務(wù)供應(yīng)商都陸續(xù)推出了基于ARM架構(gòu)的服務(wù)器，來幫助滿足不斷增長(zhǎng)且多樣化的市場(chǎng)需求。

根據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，隨著云數(shù)據(jù)中心采用推動(dòng)的逐漸增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2025年，ARM架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器滲透率將達(dá)到22%。

ARM架構(gòu)加速滲透

長(zhǎng)期以來，x86架構(gòu)占據(jù)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器市場(chǎng)的主流，市場(chǎng)占有率達(dá)到90%以上。

ARM雖說從2008年開始便計(jì)劃進(jìn)入服務(wù)器芯片市場(chǎng)，但由于當(dāng)時(shí)在服務(wù)器生態(tài)上的孱弱，不少芯片廠商投入數(shù)年后便紛紛放棄該賽道，ARM架構(gòu)始終未能撼動(dòng)x86的霸主地位。

然而，時(shí)過境遷。隨著云計(jì)算需求變革以及ARM體系性能和生態(tài)環(huán)境提升，一眾高手紛紛加盟，企業(yè)開始逐漸轉(zhuǎn)向采用ARM架構(gòu)，帶動(dòng)了云端采用ARM架構(gòu)服務(wù)器比例的增加，基于ARM架構(gòu)的服務(wù)器芯片陣營(yíng)或?qū)⑾破鹦乱惠喌?ldquo;突圍”。

賽迪顧問集成電路中心負(fù)責(zé)人滕冉曾在接受采訪時(shí)表示，與x86架構(gòu)相比，ARM的優(yōu)勢(shì)在于降低硬件成本、提高效率。ARM處理器的ISA復(fù)雜度更低，開發(fā)成本更低，且能夠勝任簡(jiǎn)單但多線程的負(fù)載。

TrendForce也列出了ARM的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：基于ARM的服務(wù)器可以支持多樣化和快速變化的工作負(fù)載，并且更具可擴(kuò)展性和成本效益；其次，對(duì)于不同的利基型市場(chǎng)能夠提供更高的定制化，生態(tài)系統(tǒng)也更靈活；另外，ARM架構(gòu)服務(wù)器體積相對(duì)較小，符合現(xiàn)今微型數(shù)據(jù)中心的需求。

另外在生態(tài)方面，ARM此前被人詬病的軟件短板也在逐漸被補(bǔ)齊。當(dāng)前，所有大型的操作系統(tǒng)，如Linux、BSD、Windows都可以得到ARM架構(gòu)的支持。容器化，包括虛擬化工具如docker、VMware、KVM和Kubernetes都可以在ARM架構(gòu)運(yùn)行。編程語(yǔ)言，包如CUDA和Java也都可以得到ARM的支持。

可見，有了軟件層面的支撐，ARM架構(gòu)與x86架構(gòu)在面向客戶時(shí)已無(wú)太大差別。有云服務(wù)商表示，其很多客戶不在乎采用ARM還是x86，而是關(guān)心系統(tǒng)運(yùn)行速度更快或費(fèi)用更低，或者哪種服務(wù)器有更多內(nèi)存。

結(jié)合當(dāng)今的地緣政治形勢(shì)以及各國(guó)對(duì)數(shù)據(jù)主權(quán)的需求增加，頂級(jí)云服務(wù)提供商和電信公司正在積極開發(fā)微型數(shù)據(jù)中心，這將進(jìn)一步帶動(dòng)ARM架構(gòu)處理器在數(shù)據(jù)中心的滲透。

然而，業(yè)內(nèi)也有聲音指出：“在服務(wù)器領(lǐng)域，ARM架構(gòu)處理器在規(guī)模效應(yīng)和穩(wěn)定性方面仍存在不足。”

規(guī)模效應(yīng)：雖然ARM服務(wù)器在一些特定領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。但這樣的優(yōu)勢(shì)對(duì)普通用戶而言，如果沒有形成規(guī)?；瑒t無(wú)法將優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為收益。相反，針對(duì)x86架構(gòu)，IT廠商也在推出各種不同的產(chǎn)品，盡可能滿足用戶的差異化需求。

穩(wěn)定性：另一方面，穩(wěn)定性也是ARM要應(yīng)對(duì)的一大難題。對(duì)企業(yè)級(jí)用戶來說，穩(wěn)定性是重中之重，雖然已經(jīng)有許多軟件支持在ARM服務(wù)器上運(yùn)行，但僅僅支持是不夠的，服務(wù)器的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求24小時(shí)不間斷運(yùn)行企業(yè)業(yè)務(wù)，任何不穩(wěn)定的服務(wù)器都會(huì)首先被排除在外。相比x86生態(tài)的久經(jīng)驗(yàn)證，ARM顯然還“年輕”很多。

面對(duì)自身的優(yōu)勢(shì)和不足，ARM亟待完善生態(tài)系統(tǒng)并等待市場(chǎng)的檢驗(yàn)。尤其在當(dāng)前，智能手機(jī)、個(gè)人電腦等消費(fèi)市場(chǎng)需求疲軟的態(tài)勢(shì)下，搶占服務(wù)器市場(chǎng)成為ARM新的突破口。

ARM服務(wù)器“卷土重來”

ARM想要在服務(wù)器領(lǐng)域有所作為早已眾所周知，其從2008年就開始對(duì)服務(wù)器市場(chǎng)發(fā)起沖擊，只可惜都沒掀起多少波瀾。

ARM陣營(yíng)門徒眾多，但在服務(wù)器芯片領(lǐng)域卻一直走的十分坎坷。2008年，ARM開始醞釀服務(wù)器芯片計(jì)劃，隨后乘著ARM 64的東風(fēng)，高通、Cavium、博通、微軟、華為、飛騰等都陸續(xù)開發(fā)了各自的ARM服務(wù)器CPU，后來又經(jīng)歷了AMD來了又走，高通高調(diào)入局卻折戟沉沙，三星暗自發(fā)力也難逃無(wú)疾而終。

一些小廠更是在推出幾款A(yù)RM服務(wù)器CPU之后，就再也沒了后續(xù)消息。國(guó)內(nèi)方面，華芯通做了幾年后也關(guān)門了，ARM服務(wù)器一度陷入低谷。十多年的發(fā)展，ARM服務(wù)器芯片依然無(wú)法對(duì)X86造成有力沖擊，ARM服務(wù)器一度陷入低谷。

不過，近兩年ARM陣營(yíng)仿佛又開始慢慢熱鬧起來了。ARM自己的Neoverse平臺(tái)路線圖也成為了滲透的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力之一。2019年，ARM引入Neoverse產(chǎn)品線，并發(fā)布了Neoverse N1/E1核心IP——這是ARM第一次專門針對(duì)服務(wù)器產(chǎn)品推廣有“名分”的處理器IP。

在此基礎(chǔ)上，隨著行業(yè)廠商頻頻發(fā)力，ARM處理器性能和生態(tài)不斷增強(qiáng)，選擇ARM架構(gòu)對(duì)于云服務(wù)提供商來說，不但滿足了更多樣化的算力需求，也成為其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的強(qiáng)力武器。

從當(dāng)前市場(chǎng)來看，AWS的Graviton芯片擁有最大的市場(chǎng)份額。2018年，AWS首次推出基于ARM架構(gòu)的自研服務(wù)器芯片Amazon Graviton，將部分工作負(fù)載能耗降低至45%；2019年底推出Graviton2，將針對(duì)各種工作負(fù)載又提升了40%的性價(jià)比。

借勢(shì)而上，AWS又在2021年12月推出了Graviton3，采用5nm工藝，64核，集成了550億晶體管，主頻2.6Ghz，支持bfloat16，PCIe5.0，性能和功耗再度實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。據(jù)悉，在相同性能下，Graviton3處理器與同類型基于x86的實(shí)例對(duì)比，可節(jié)省高達(dá)60%的能耗。

同時(shí)，AWS還發(fā)布了采用了Graviton 3的C7g應(yīng)用實(shí)例，成為業(yè)界首款采用ARM Neoverse架構(gòu)并支援DDR5的云端應(yīng)用實(shí)例。鑒于其優(yōu)異的表現(xiàn)，AWS攬入了Domo、F1方程式賽車、Snap等一干重量級(jí)客戶。

前幾年，盡管有廠商推出ARM服務(wù)器芯片，但都無(wú)果而終，數(shù)據(jù)中心始終不見ARM芯片的身影。Graviton芯片的開發(fā)和使用是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，讓ARM服務(wù)器芯片真正實(shí)現(xiàn)落地，有機(jī)會(huì)在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心中一展身手，而軟件合作伙伴也可以加入并證明其堆棧和應(yīng)用程序可以與ARM架構(gòu)所兼容。

如今，Graviton處理器已經(jīng)遍布AWS的全球網(wǎng)絡(luò)。據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，AWS部署的基于ARM架構(gòu)的處理器在2021年達(dá)到其整體服務(wù)器建設(shè)規(guī)模的15%，預(yù)計(jì)這一比例今年將超過20%。

AWS的成功也引發(fā)了行業(yè)的潮流，其他主要的云服務(wù)提供商也在積極布局ARM服務(wù)器項(xiàng)目，以跟上AWS的步伐。

華為研發(fā)出鯤鵬920芯片，并推出了基于該芯片的TaiShan服務(wù)器，后因受制于制裁，下一代“鯤鵬930”一直無(wú)法如期發(fā)布；阿里旗下平頭哥半導(dǎo)體也發(fā)布了服務(wù)器芯片倚天710，使用了最新的ARM v9架構(gòu)，并計(jì)劃應(yīng)用在自己的服務(wù)器中。微軟、甲骨文等巨頭也相繼啟動(dòng)了自研芯片的計(jì)劃。

近日，谷歌云宣布開始采用基于ARM技術(shù)的芯片，成為又一個(gè)加入這一轉(zhuǎn)型浪潮的大型科技公司，從而給英特爾和AMD帶來更大的壓力。谷歌云表示，其新產(chǎn)品將基于Ampere的“Altra”芯片。此外，據(jù)知情人士透露，谷歌云下一步將開啟自研ARM服務(wù)芯片的既定計(jì)劃。

ARM架構(gòu)服務(wù)器正在取得快速的進(jìn)展。對(duì)云服務(wù)商來說，自研ARM芯片很有必要性。

這些企業(yè)都會(huì)大量采用計(jì)算芯片，然后通過其付費(fèi)云服務(wù)將計(jì)算能力租借給軟件開發(fā)商。這些企業(yè)仍會(huì)繼續(xù)基于x86芯片提供服務(wù)。但是，隨著谷歌加入ARM陣營(yíng)，幾乎所有大型云服務(wù)提供商都已經(jīng)開始提供基于ARM的云計(jì)算服務(wù)。

x86架構(gòu)的CPU受限于英特爾和AMD，云計(jì)算廠商無(wú)法做進(jìn)一步的特性優(yōu)化。在當(dāng)前頭部幾家云計(jì)算廠商已發(fā)展成熟并進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)階段的情況下，每一家都需要做出更多差異化及競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。從這個(gè)層面來說，自主研發(fā)可控的ARM芯片也就具備一定的戰(zhàn)略意義。

以亞馬遜、阿里等為代表的云計(jì)算巨頭正在自研ARM處理器芯片的路上越走越遠(yuǎn)，使用ARM芯片的服務(wù)器也在不斷投入使用，數(shù)據(jù)中心處理器格局正在悄然發(fā)生改變。

ARM架構(gòu)在云端的興起，迎合了大數(shù)據(jù)和云計(jì)算時(shí)代對(duì)特定算力的需求，GPU、AI芯片均受益于此。除上述提到的云廠商外，包括富士通、Marvell、飛騰、英偉達(dá)等廠商也均推出了ARM架構(gòu)服務(wù)器芯片。

在GTC 2022大會(huì)上，英偉達(dá)推出了采用ARM v9 CPU架構(gòu)的Grace CPU，主要面向HPC和AI應(yīng)用，該產(chǎn)品線預(yù)計(jì)將在2024年后大幅提升基于Arm的服務(wù)器CPU的出貨量份額。英偉達(dá)初探服務(wù)器CPU市場(chǎng)，將對(duì)手鎖定在AMD最新的Epyc處理器。英偉達(dá)此番挑戰(zhàn)，也引來AMD是否將重返A(chǔ)RM架構(gòu)服務(wù)器CPU市場(chǎng)的討論與猜測(cè)。

早前曾有消息報(bào)道，字節(jié)跳動(dòng)早在2021年3月就開放了大量ARM相關(guān)職位，包括ARM服務(wù)器系統(tǒng)的性能和功耗優(yōu)化，ARM服務(wù)器產(chǎn)品架構(gòu)端到端設(shè)計(jì)和優(yōu)化等，持續(xù)布局新架構(gòu)下的服務(wù)器業(yè)務(wù)。近日，字節(jié)跳動(dòng)自研芯片的消息再次登上熱搜，字節(jié)跳動(dòng)發(fā)言人表示，因?yàn)闊o(wú)法找到能夠滿足要求的供應(yīng)商，公司正在探索可供自身在專業(yè)領(lǐng)域使用的芯片設(shè)計(jì)。

此外，上面提到的初創(chuàng)企業(yè)Ampere的表現(xiàn)亦可圈可點(diǎn)。Ampere公司去年重磅推出了128核的Altra Max，進(jìn)一步擴(kuò)展了云原生處理器產(chǎn)品系列，將ARM服務(wù)器芯片的性能推向新高度。Ampere通過新一代的 64 位 ARM 服務(wù)器架構(gòu)，以領(lǐng)先的云性能、出色的能效和靈活的擴(kuò)展性，助力客戶迅速地定制與交付各種云計(jì)算應(yīng)用。

騰訊云在2021年底發(fā)布的CVM 標(biāo)準(zhǔn)型SR1服務(wù)器，內(nèi)置的ARM處理器——2.8GHz的Ampere Altra處理器，可用于各種類型和規(guī)模的企業(yè)級(jí)應(yīng)用等。阿里云也發(fā)布了類似的服務(wù)器，同樣采用Ampere Altra處理器，可用于網(wǎng)站和應(yīng)用服務(wù)器、游戲服務(wù)器等場(chǎng)景。此外，Ampere還向微軟和甲骨文等公司出售芯片。

如果進(jìn)一步觀察，金山云、京東云等國(guó)內(nèi)云服務(wù)商也推出了自己的ARM處理器服務(wù)器實(shí)例。算上更早就與ARM展開合作的百度云和華為云等，國(guó)內(nèi)的云服務(wù)商已經(jīng)開始全面擁抱基于ARM處理器的服務(wù)器。

可以說，當(dāng)下ARM架構(gòu)的迅速發(fā)展，很大程度是由云廠商們的崛起帶動(dòng)的，云服務(wù)廠商的采用和加盟在用實(shí)際行動(dòng)表達(dá)對(duì)這條路徑的厚望。

可見，ARM服務(wù)器CPU市場(chǎng)正在“卷土重來”。

ARM能否取代x86？

不過需要注意的是，雖然增長(zhǎng)勢(shì)頭喜人，但ARM架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心面臨的挑戰(zhàn)依然強(qiáng)大，短時(shí)間內(nèi)難以撼動(dòng)x86處理器在服務(wù)器市場(chǎng)的統(tǒng)治地位。

目前，全球服務(wù)器芯片的架構(gòu)仍然以x86獨(dú)大，ARM與其他架構(gòu)份額較小。2021年9月，IDC發(fā)布的《全球服務(wù)器季度跟蹤報(bào)告》顯示，x86服務(wù)器收入占全球服務(wù)器收入的90.3%，非x86（包括ARM、RISC-V等）服務(wù)器收入僅占全球服務(wù)器收入的9.7%。

天風(fēng)證券數(shù)據(jù)顯示，在國(guó)內(nèi)服務(wù)器市場(chǎng)，x86架構(gòu)市場(chǎng)占比高達(dá)96.4%，更是基本由英特爾壟斷?，F(xiàn)階段ARM架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器仍只是小批量采購(gòu)，并以超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心為主，而在以企業(yè)為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)進(jìn)度緩慢。

有業(yè)內(nèi)人士指出，ARM在整個(gè)服務(wù)器生態(tài)鏈的構(gòu)建方面，包括對(duì)服務(wù)器操作系統(tǒng)的兼容性、開發(fā)套件的支持到服務(wù)器的生命周期管理等還處于初期階段，這也是導(dǎo)致ARM長(zhǎng)期以來在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域的推進(jìn)速度仍然不算快的主要原因之一。

整體來看，即使是增速較快，到2025年，ARM架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心預(yù)期的市占率也只有22%。x86依然是數(shù)據(jù)中心的主流架構(gòu)，而ARM架構(gòu)還多應(yīng)用在特定負(fù)載上。所以業(yè)界普遍認(rèn)為，將來不太可能出現(xiàn)ARM完全取代x86的局面，而是雙方在“一云多芯”架構(gòu)下共同發(fā)展。

國(guó)產(chǎn)廠商的泡沫與機(jī)遇

從生態(tài)及市場(chǎng)化角度來看，x86已形成較為龐大的桌面端及服務(wù)器端生態(tài)體系，遷移成本低，具備很好的產(chǎn)品化、市場(chǎng)化生態(tài)條件；ARM架構(gòu)雖為新興力量，但是也已在移動(dòng)端具備絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地位，并且生態(tài)不斷向桌面端及服務(wù)器端拓展，未來有望形成良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

東興證券表示，ARM架構(gòu)無(wú)論是從自主可控角度還是市場(chǎng)化、產(chǎn)品化角度，都有可能在芯片自主道路中率先突圍，彌補(bǔ)中國(guó)芯片領(lǐng)域的短板。

在這種趨勢(shì)下，除了早有布局的華為云、阿里云等云服務(wù)廠商，國(guó)內(nèi)也掀起了一波ARM CPU創(chuàng)業(yè)潮，一批初創(chuàng)公司試圖開發(fā)ARM服務(wù)器CPU，包括啟靈芯、鴻鈞微、此芯、遇賢微、西芯等。其中部分頭部公司的估值達(dá)到2-3 億美元，這一波ARM CPU創(chuàng)業(yè)潮吸引了高瓴、啟明創(chuàng)投、光速中國(guó)、云九資本、順為資本、元禾璞華等一批資本前來助威，一些善于講故事的弄潮者在半年內(nèi)已估值翻倍。

但是，有業(yè)內(nèi)資深人士對(duì)此直言，國(guó)內(nèi)這些ARM服務(wù)器CPU創(chuàng)業(yè)公司雖然被資本吹捧，但其技術(shù)實(shí)力與國(guó)外大廠差距甚遠(yuǎn)，和國(guó)內(nèi)的華為、阿里ARM服務(wù)器CPU相比差距也是明顯的，而且單純的芯片設(shè)計(jì)公司還存在難以找到市場(chǎng)和應(yīng)用場(chǎng)景的現(xiàn)實(shí)問題。

其他架構(gòu)與英特爾x86相比，最大的差距不是性能，而是生態(tài)和應(yīng)用。無(wú)論是什么架構(gòu)，最后推動(dòng)起來還是靠應(yīng)用，所以架構(gòu)本身意義其實(shí)并不大，關(guān)鍵是要看怎么做應(yīng)用和生態(tài)，架構(gòu)生態(tài)的活躍度和支持度。

云服務(wù)廠商做ARM服務(wù)器CPU，很大原因是因?yàn)槠淇梢?ldquo;自產(chǎn)自銷”。無(wú)所謂有沒有買家，也不愁找不到應(yīng)用，云廠商完全可以通過公司內(nèi)部資源整合完成“內(nèi)循環(huán)”，這是國(guó)內(nèi)任何一家ARM造芯新勢(shì)力所不具備的。

況且單純依靠商業(yè)市場(chǎng)，Ampere等企業(yè)已占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。據(jù)了解，目前全球已經(jīng)有七大超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心采用了Ampere的產(chǎn)品。在其芯片出色性能的助推下，除了上述的云廠商以外，Ampere還與富士康、技嘉、浪潮、超微和緯穎等建立了合作關(guān)系，目前全球更是已有40多個(gè)服務(wù)器平臺(tái)支持Ampere Altra系列處理器。

Ampere已經(jīng)在ARM服務(wù)器芯片市場(chǎng)坐穩(wěn)了一席之地，且正在馬不停蹄的向5nm的AmpereOne芯片目標(biāo)邁進(jìn)。這也對(duì)國(guó)產(chǎn)ARM服務(wù)器芯片初創(chuàng)企業(yè)構(gòu)成了不小的沖擊。

不過，國(guó)內(nèi)也有企業(yè)具備高度自主研發(fā)ARM服務(wù)器芯片的設(shè)計(jì)根基，在自主創(chuàng)新、安全可控、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、芯片性能等方面綜合實(shí)力較強(qiáng)。天津飛騰聚焦于國(guó)產(chǎn)芯片研發(fā)，自身不設(shè)計(jì)生產(chǎn)服務(wù)器，而是直接向服務(wù)器合作廠商（如長(zhǎng)城、浪潮、聯(lián)想、寶德、同方、五舟等）出售服務(wù)器芯片。天津飛騰發(fā)展較早，目前產(chǎn)品布局和生態(tài)都還不錯(cuò)。

如今ARM體系性能正在持續(xù)提升，生態(tài)環(huán)境也在逐漸改善，還需要相關(guān)產(chǎn)品、軟硬件的協(xié)同創(chuàng)新。盡管短期來看在服務(wù)器領(lǐng)域很難替代x86，但還是抱有希望持續(xù)進(jìn)行，以華為、阿里、飛騰為代表性的企業(yè)，正在扛起國(guó)產(chǎn)ARM服務(wù)器CPU的大旗。

未來，需要有更多公司參與其生態(tài)建設(shè)，ARM架構(gòu)才能在服務(wù)器領(lǐng)域走得更遠(yuǎn)。