云计算巨头迎战服务器芯片市场

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云计算巨头迎战服务器芯片市场

2022年5月17日 企业邮局 0

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2015年,亚马逊花3.5亿美元收购了以色列芯片公司Annapurna labs。届时起,亚马逊就在为其云基础设施设计开发定制芯片,于2018年发布了第一代Amazon Graviton 处理器,支持该处理器的A1也成了其云服务AWS上第一个基于Arm的实例。第一代Graviton处理器基于Cortex-A72内核,最大时钟频率达到2.3GHz,节省45%的成本使其成了很多入门用户的首选。

2020年,亚马逊发布了第二代自研处理器Graviton2,这款处理器基于64位的Arm Neoverse N1内核,核心与Cortex-A76近乎类似,但加入了不少针对基础设施工作的强化特性。Graviton2采用了台积电的7nm制程工艺,集成了64颗核心,在CMN-600 Mesh互联技术的支持下可以做到2TB/s的带宽。

与第一代Graviton相比,Graviton2提供4倍的计算核心,7倍的计算性能。基于Graviton2的实例与同等级的X86实例相比,性能要高上40%,成本却要低上20%。不仅如此,Graviton2也成了AWS最省电的处理器,同样的能耗下,Graviton2的性能要比AWS中的其他处理器高上2-3.5倍。

2021年12月,亚马逊云科技发布了最新通用服务器芯片Graviton 3,该芯片采用5nm工艺,拥有64个核心和550亿晶体管,支持bfloat16、PCIe 5.0等最新技术,相较Graviton2 性能提升了25%,在科学计算、机器学习和媒体编码工作负载则能够提供2倍的性能。此外,在同样性能下,Amazon Graviton3与X86实例相比可节省60%的能耗。

事实上,过去二十年里,处理器提升性能的方法始终围绕的是提高频率和增加核心数量,提高频率意味着功耗持续上升,也带来数据中心散热等系列需求,不仅让客户使用成本上升,也不符合如今全球绿色减排的大趋势。因此,亚马逊云科技的思路是围绕客户对于算力需求的提升和降低功耗的要求,谨慎地提升处理器频率,而是增加指令并行、内存带宽,以实现处理器性能提升和能耗降低。

谷歌的TPU芯片全称为Tensor Processing Unit,也叫张量处理单元。这种芯片非常适合运行tensorflow软件引擎,谷歌的深度神经网络就是依靠tensorflow软件引擎驱动的,tensorflow软件引擎可以通过分析硬件和软件组成的网络中的,海量数据来学习如何完成特定的任务。这款定制的TPU芯片运行神经网络的效率比其他通用芯片运行神经网络的效率都高不少。

据了解,Filippo在芯片行业已经工作近26年。在加入苹果之前,他在ARM干了10年,担任首席CPU架构师、首席系统架构师和ARM Fellow。他因提升Arm芯片在手机和其他设备中的基础性能而备受赞誉,曾负责开发过Cortex-A76、Cortex-A72、Cortex-A57以及即将推出的7nm+和5nm芯片。在英特尔工作期间,Filippo是24核、96 线程、超算和高性能计算SoC的首席架构师。

据介绍,倚天710采用5纳米工艺,基于ARM最新发布的ARMv9架构,单芯片容纳高达600亿晶体管,128个CPU核心,主频最高达到3.2GHz。就数据来看,倚天710在SPECInt2017基础测试中,倚天710跑分达到440分,超过行业标杆20%。搭载芯片倚天710的磐久服务器将在今年部署,均为阿里云自用,无对外销售计划。

阿里云自研服务器芯片,结合了诸多长中短期内外形势考虑,是阿里云“一云多芯”策略,以及“做深基础”既定战略的延伸与落地。

阿里云智能总裁、达摩院院长张建锋表示,倚天710是阿里云推进“一云多芯”策略的重要一步。倚天710芯片和飞天云操作系统的结合,使得阿里云能够将领先的芯片设计技术与云场景的独特需求相结合,最终实现性能和能效比的突破,并首次实现了从底层芯片到存储、网络、数据库系统的全栈自研。倚天710服务器芯片的发布,也标志着我国在芯片领域再次迈出了关键的一步。

华为2020开发者大会上,华为云与计算BG总裁侯金龙表示,希望用三年的时间让90%的应用都可以跑在鲲鹏上。侯金龙表示,5G时代所有的应用都在走上云化,手机、平板等端侧基于ARM架构,鲲鹏也是基于ARM架构,云、端同构后性能可以提升40%,这是鲲鹏与X86架构相比的天然优势。据悉,目前华为鲲鹏处理器主要应用于党政机关、事业单位、大型国企和国有银行的场景中。

据日本瑞穗证券报告,英特尔的下一代Sapphire Rapids芯片可能会延迟到2022年第三季度发布(此前预计在2022年第二季度正式推出)。Sapphire Rapids采用“Intel 7”的7纳米制程,并通过EMIB(嵌入式多芯片互连桥)连接在一起,与其他封装技术相比,EMIB提供卓越的吞吐量和延迟,缺点是成本较高。尽管英特尔自行处理多数封装作业,但关键原料短缺,影响生产。由于Sapphire Rapids是英特尔首次全面采用EMIB技术的Xeon芯片,预计售价将提高。

另一边,由于晶圆代工及封测成本大增,有消息称AMD 的EPYC服务器芯片将涨价10%~30%。AMD 的下一代服务器处理器EPYC 7004系列有两种版本“Genoa”和“Bergamo”,目前Genoa已经在向客户提供样品,预计在2022年内推出,Bergamo则预计将会在2023年推出。届时,服务器芯片的战况将更趋白热化。

这也是云服务厂商为什么纷纷开始自研芯片的一方面原因,云厂商自研服务器芯片可以减轻对第三方供应的依赖;另一方面是自研芯片可以降低成本,自研芯片能够让云服务商在每个业务流程中做到效率与成本的最优化。此外,自己的芯片更适合他们的某些需求,与英特尔、AMD等厂商提供的现成芯片相比,具有成本和性能优势。当业务规模持续增加、自研芯片的必要性就愈发突出。

不过自研芯片并不等于就不采用其他供应商的芯片,而是为用户提供多样性的选择,给予用户充分的选择权,用户完全可以根据自身工作负载和业务需求来选择合适的计算实例。

AMD、高通、博通、Marvell、惠普等一大批知名公司相继参与,想要ARM在服务器领域复制在智能手机领域的成功。不过,从技术史上看,ARM 通用服务器之路并不平坦。惠普、AMD、Marvell、博通等美国厂商的ARM架构芯片均未能让其成为市场主流,高通于2018年初砍掉内部的服务器芯片部门,一些小厂在推出几款ARM服务器CPU之后,就听不到后续消息了。国内方面,华芯通做了几年后也关门了,ARM服务器一度陷入低谷。

因此,在云时代这个固有的格局正在改变,这就为ARM架构芯片提供了时代机会。不过ARM在服务器领域目前仍处于起步阶段,份额低,软件生态也不完善,但基于ARM架构的服务器芯片通常具有体积小、能效比强,发热量低,且价格相对低廉的特点。数据中心是能耗、占地大户,搭载ARM架构芯片的服务器可以缓解上述问题。以亚马逊、阿里云等为代表的少数有能力实现“自产自销”的云服务厂商,是有实力和能力去“消化”自己设计的ARM服务器CPU。

根据IDC此前发布的数据显示:2020年第三季度,基于Arm的服务器同比增长了430.5%,2020年第四季度同比增长了345%,尽管基数很小但仍在增长。当前,Arm架构处理器在服务器市场的应用正处于快速上升时期,另据Statista预测,到2028年,Arm架构处理器在数据中心和云的市场份额将从2019年的5%增长到25%,市场规模将达到580亿美元,比2019年的14倍还多。

纵观整个服务器芯片市场,AMD步步紧逼,英特尔压力山大,而Arm阵营也正在虎视眈眈的积蓄着力量。未来服务器市场的竞争局面将会越来越复杂,同时也给后来者提供了更多机会。

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