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| 本文作者： 包永剛 | 2020-09-24 19:15 |
低功耗處理器設計已經(jīng)應用于超過1800億顆芯片的Arm，兩年前就開始探索邊緣、云端及5G市場，并發(fā)布了Neoverse E系列處理器，Arm當時稱到2021年這一系列處理器每年要實現(xiàn)30%的性能提升。2019年，第一代Neoverse N1推出，性能提升60%，是2018年提出的目標的兩倍。
本周，Arm再次更新Neoverse產(chǎn)品線，發(fā)布第二代N系列Neoverse N2以及全新的Neoverse V1平臺。相比Neoverse N1，Neoverse N2在保持相同水平的功率和面積效率之余，單線程性能提升了40%。同樣與Neoverse N1相比，Neoverse V1的單線程性能可提升超過50%。
Arm在高性能計算市場是要靠單核與x86的多核競爭嗎？
Neoverse CPU為何強調(diào)單核性能？
Neoverse系列發(fā)布兩年之后，已經(jīng)擁有了E系列、N系列、V系列三大系列。Neoverse N系列同時考慮了性能、功率、面積（PPA），擅長可擴展；V系列旨在提供最佳性能，相對而言會消耗更多面積和功耗；E系列主要關注效率，在功耗和面積的縮減上進行優(yōu)化。
作為最新發(fā)布的產(chǎn)品系列，V系列更加追求性能，因此Neoverse V1是面向7nm和5nm設計，并且率先支持可伸縮矢量擴展（SVE ，Scalable Vector Extensions）。SVE可基于未知寬度向量單元的軟件編程模型，執(zhí)行單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）整數(shù)、bfloat16、浮點指令。
同時，V1還支持PCIe 5.0連接、DDR5、HBM2e和CCIX 1.0，可實現(xiàn)插槽之間的芯片與封裝內(nèi)小芯片之間的雙向一致性通信。
Arm基礎設施事業(yè)部高級副總裁兼總經(jīng)理 Chris Bergey接受雷鋒網(wǎng)采訪時表示：“SVE在加速HPC高性能計算領域或者是機器學習工作方面表現(xiàn)高效，同時它對軟件開發(fā)者非常友好，不需要管矢量的位寬是多少。未來我們會把SVE技術運用到除N2和V1之外的一系列核上面?！?/strong>
以Arm架構(gòu)為基礎的日本富岳(Fugaku)超級計算機就使用了512位的SVE的技術，它不僅是全球最快的超算，也是最新Green500榜單排名第四的超算。
Arm本周發(fā)布的另一款新產(chǎn)品Neoverse N2面向5nm工藝設計，支持PCIe 5.0和DDR5，通過支持用于高帶寬存儲器的HBM3以及用于結(jié)構(gòu)的CCIX 2.0和CXL 2.0來進一步擴展?？芍С謴?核心，20W到192核心350W的設計，橫跨云、智能網(wǎng)卡（SmartNICs）、企業(yè)網(wǎng)絡到功耗受限的邊緣設備的高可擴展性平臺。
Chris Bergey表示，關于新發(fā)布的V1和N2的更多細節(jié)會在之后公布?，F(xiàn)在我們只知道V1和N2相比上一代N1的單核性能提升了超50%和40%。
為什么Neoverse CPU如此強調(diào)單核性能？Chris Bergey解釋：“我們認為云服務廠商會更傾向選擇單線程處理器核，因為接近度、安全性、多租戶等特性可以為他們帶來更好的經(jīng)濟性，這也是我們的產(chǎn)品聚焦單線程技術的原因。當然，Neoverse E1也支持同步多線程(SMT)技術?！?/strong>
他還給出了一張圖表，X軸代表芯片級性能，Y軸代表每線程性能，從圖表中可以看到，相比傳統(tǒng)的英特爾和AMD服務器CPU，Neoverse的單核及芯片級性能都超過了市場上的產(chǎn)品。
Neoverse每年30%的性能提升持續(xù)到2021年之后
Arm承諾，Neoverse系列CPU的性能每年會提升30%，這種提升會持續(xù)到2021年。Chris Bergey說：“這當然與Arm工程團隊的努力和投入是分不開的，我認為與軟件生態(tài)的逐漸成熟有更大的關系，例如很多云原生的軟件現(xiàn)在可以比較無縫地運行在Arm架構(gòu)上面?！?/p>
Arm在手機CPU市場持續(xù)更新的架構(gòu)與Neoverse性能的持續(xù)提升顯然有著密不可分的關系。Chris Bergey表示，“我們在Cortex的基礎上，針對基礎設施領域所要求的功能做了進一步的增添或提升，并且打造最合適超多核設備的功耗與性能，包括核之間的互聯(lián)等優(yōu)化工作。”
也就是說，同一時期的Cortex和Neoverse產(chǎn)品之間存在相似之處。比如，Neoverse N1是和Cortex-A76是同期開發(fā)，這兩個微體系結(jié)構(gòu)有很多相似之處。
Neoverse V1可以看作是Cortex-X1的同級設計，兩款旗艦CPU可能共享許多超大型內(nèi)核結(jié)構(gòu)。Cortex-X1是今年5月份發(fā)布的新品，同樣追求最大性能。
Neoverse N2有些特殊，因為它代表下一代Cortex-A的設計，也就是與Cortex-X1同期發(fā)布的A78的后續(xù)產(chǎn)品，這或許也是Neoverse N2的技術細節(jié)現(xiàn)在還不能公布的關鍵原因。為了更直觀的說明Cortex與Neoverse產(chǎn)品線之間的關系，外媒AnandTech制作的一張圖能夠幫助大家更好地理解。
圖片來源：AnandTech
軟件生態(tài)方面，Arm關鍵的任務在于Arm的芯片級接口，這提供了設計系統(tǒng)層級解決方案的機會。Arm在CCIX與CXL投資，提供更好的互聯(lián)技術，可以提供可擴展性的交換網(wǎng)，支持大量的處理器核。
另外，Arm Project Cassini是希望通過標準、平臺安全性與參考實施，對軟件開發(fā)者友好，讓行業(yè)合作伙伴能夠在基于Arm的平臺上部署裝機即用。
在對基礎設施的基礎軟件包括操作系統(tǒng)、虛擬機管理程序支持方面，Xen、KVM、Docker容器以及越來越多的Kubernetes已經(jīng)陸續(xù)宣布支持Arm架構(gòu)。許多初期由Arm推動的開源項目正在變得自主運轉(zhuǎn)，商用ISV應用程序也齊步演進。
Arm服務器CPU“搶食”x86蛋糕最缺的是時間
但想要真正撼動x86在云端CPU市場的地位，Arm還有很長的路要走。Chris Bergey對雷鋒網(wǎng)表示：“Arm在云端市場最大的挑戰(zhàn)還是時間。我們看到很多數(shù)據(jù)中心的客戶對轉(zhuǎn)向Arm有巨大的興趣。但從Arm的IP到芯片設計，到最后能夠在數(shù)據(jù)中心部署，再到軟件生態(tài)系統(tǒng)的支持，仍需要一定的時間以及很多產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴一起努力?！?/strong>
當然，Neoverse是面向從個云端到邊緣的市場。Chris Bergey也指出，Arm的機遇其實包括了云原生軟件的支持，以及協(xié)助客戶通過定制化的形式克服摩爾定律減速帶來的挑戰(zhàn)等。
雷鋒網(wǎng)此前報道，亞馬遜、Marvell都已經(jīng)將Arm架構(gòu)應用于云端，亞馬遜推出了Arm架構(gòu)的服務器處理器Graviton2，Marvell也推出了基于Arm架構(gòu)定制的ThunderX3處理器，華為海思也推出了基于Neoverse N1設計的鯤鵬系列服務器。
業(yè)內(nèi)有觀點認為，Arm在云端市場要成功的一個關鍵就是滿足大型互聯(lián)網(wǎng)公司和云服務提供商的定制化需求。
“在異構(gòu)計算里，Arm有一個很大的機遇，就是我們?nèi)绾翁峁┚o耦合或是定制化的能力，甚至是通過多核封裝或多芯片組裝技術，將來自生態(tài)系統(tǒng)、IP技術與云廠商的需求與技術整合在一起?！?strong> Chris Bergey說，對于沒有很強設計經(jīng)驗的客戶而言，他們更傾向于選擇Neoverse核。
Arm架構(gòu)芯片能未來能否覆蓋從終端到邊緣再到云端？現(xiàn)在看來，這種成功除了Arm的努力外，最終是否會被英偉達收購也成為了關鍵因素。
注：文中未單獨注明圖片來源的圖片來自Arm
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