关于Arm服务器芯片的性能分析和应用

业界传出了一则消息：高通公司打造ARM架构服务器芯片的高通数据中心事业部（QDT）技术副总裁Dileep Bhandarkar已经离开高通有一段时间了，据悉，他是前东家高通Falkor ARM服务器架构设计的灵魂人物。

而Bhandarkar本人和高通对于离职都没有做任何公开声明，人们也只是在近日的SemiCon West 2018半导体展会上，听到他说起“前高通”才发现端倪的。

而就在前不久的5月份，QDT总裁Anand Chandrasekher离职。而在错失被Broadcom收购这一绝佳机会之后（该并购案被美国总统特朗普以可能危害国家安全为由否决），高通为了兑现先前对股东和投资者关于削减开支的承诺，宣布精简QDT部门，裁员280人。

最近一年以来，业界对 ARM服务器芯片的前途普遍持悲观态度，而高通QDT部门一连串的裁员和精简措施，似乎在不断印证着人们的担忧。毕竟，在以Intel为代表的x86服务器芯片统治该行业多年的情况下，以高通为代表的一批企业先后加入研发ARM服务器芯片的行列，以期待改变一下该行业一家、一架构独大的局面，但经过几年的努力，情势似乎并不乐观，有人退出，有人大幅精简团队规模。究其原因，还是ARM服务器芯片在市场和客户那里没有得到足够的认可。

其实，不只是高通，x86服务器芯片的另一大厂——AMD业曾经信誓旦旦地开发起了ARM服务器芯片，以期待扭转一下Intel一家独大地局面（占有全球90%以上的服务器芯片市场），但可惜的是，投入研发没有几年，就因为客户不买账，而果断放弃了ARM架构产品。

步其后尘，高通似乎也要放弃了？虽然大幅度裁员，但该公司对外一再宣称，高通不会放弃ARM服务器芯片的研发，只是缩减规模而已。但这些宣传很难打消人们对ARM架构产品灰暗前景的疑虑。

高通不仅自己研发ARM服务器芯片，为了扩大市场，特别是庞大的中国市场，该公司还于2016年初，和贵州省人民政府合资组建了“贵州华芯通半导体技术有限公司”(HXT)，专为中国市场设计和开发ARM服务器专用芯片，双方分别持股45％、55％，这被视为高通“技术换取市场”的重要一步。

而华芯通研发的第一款服务器芯片“华芯1号”已于2017年年底试产流片成功，并将在今年下半年投入商用。

本来是信誓旦旦，要大干一场，但高通的裁员，对于ARM服务器芯片阵营，特别是中国的相关企业，显然是传递了一个比较负面的信号。今后，ARM架构何去何从？相关厂商要如何应对这样的市场局面，以及客户的认可程度？问题有待解答。

ARM进军服务器

在统治了以手机为代表的移动处理器市场之后，ARM想要向服务器领域渗透，要和这一领域的霸主——Intel掰一掰手腕。因此，ARM开始大力推广64位指令集，以期建立相应的软件生态。

趁着ARM推广ARM 64的东风，AMD、高通、Cavium、APM等IC设计公司，以及中国的华为、飞腾和华芯通，陆续开发了各自的ARM服务器CPU。

高通方面，该公司于2014年11月宣布进入服务器市场，2016年12月：演示了其首个48核ARM服务器芯片Centriq 2400系列；2017年8月，该公司宣布推出第5代自主架构设计Falkor，导入10nm制程，并且兼容ARMv8指令集，主要将锁定服务器等级应用。

2017年11月，高通正式发布Centriq 2400系列，该系列处理器为10nm工艺制造，使用Arm架构内核，面向企业和服务器市场，这代表着Arm核心在服务器市场中重大突破。Centriq 2400系列处理器的高端型号使用了48个高通公司基于Arm v8指令集打造的Falkor内核，配备60 MB L3缓存，6个DDR4通道，运行频率为2.2 GHz，基本频率为120W TDP，价格仅为2000美元。高通希望它能在云服务器市场上以每瓦的性能、总体性能和成本展开激烈竞争，然而自产品公布以来，主要服务器提供商的可用性几乎为零。

但是，好景不长，今年5月，就传出了QDT可能会放弃Centriq的消息，紧接着就是一系列的裁员计划和实施。

除了高通，APM也是一家在ARM服务器芯片上有较大投入的公司。该公司虽然名气不大，但其在2010年前后就开始了ARM服务器CPU的开发工作，而且做出了性能不错的产品，这些产品在数据中心、互联网服务器等领域已有了批量的应用。

例如，APM的X-Gene已经发展到了第3代。X-Gene3集成了32个核心，计划采用台积电16nm制造工艺，主频3GHz，最大功耗约为125W。根据Linley Group的报道，其模拟器测试成绩Spec2006单线程定点性能在550分左右。X-Gene 3XL是X-Gene3的升级版本，计划将32核升级为64核，并将SPECint_rate2006测试提升到1000。在单线程性能上，X-Gene3也非常亮眼，大约在17左右。由于Linley Group给出的单线程性能并不是通常说的单核测试性能，而是用rate分值/线程数，所以推测X-Gene3在模拟平台上的单核性能很有可能已经达到20左右了，这在ARM生态圈中是首屈一指的。

中国的ARM服务器芯片阵营

国内致力于ARM服务器芯片开发的主要有三家厂商：华为、飞腾和华芯通。

总的来说，飞腾是做的比较好的，华为也有成熟的产品，而华芯通还比较年轻，还没有量产的产品推出，据说，产品将于今年下半年量产。

飞腾方面，该公司设计了代号为“火星”（Mars）的FT2000，性能较为强悍，也比较成熟，可以说是代表了我国ARM服务器芯片的最高水平了。具体来看，FT2000采用28nm工艺，主频2GHz，功耗100W。芯片面积600多平方毫米，集成了64个FTC661 CPU核，共计48亿个晶体管。根据测试，FT2000的芯片实测成绩相对于模拟器成绩要稍低一些，在2GHz主频下，采用GCC4.8编译器，SPEC2000和SPEC2006测试。其中SPEC CPU2006全芯片测试分值为定点570，浮点482，单线程测试分值为定点12.4，浮点11.3，虽然在单线程性能上和Intel依旧有不小的差距，但就多线程性能而言，足以与Intel Xeon E5-2695v3芯片相媲美。

华为方面，其ARM服务器CPU集成了32核ARM Cortex A57，采用台积电16nm制造工艺。但这款服务器CPU的性能相对有限。以飞腾的FT2000作参照，华为的这款服务器CPU在制造工艺领先2代的情况下，以FT2000一半的功耗实现了不足FT2000一半的性能。

生态系统牢不可破

由于服务器芯片的生态系统被Intel牢牢地把持着，并占有90%的市场份额，所以，起步时间不长的ARM服务器CPU依然在艰难地前行着，国内外相关企业的产品也还很难赢得太多的市场空间。

这种情形，与Intel、ARM在移动处理器市场的情形正好相反，由于ARM牢牢地掌控着手机处理器的生态系统和市场，使得在该领域起步滞后的Intel，花了很大力气和巨额资金去追赶，力求建立属于其自己的移动生态系统，但终究由于入局太晚，难以撼动稳固的ARM生态而铩羽而归，只能在手机基带处理器上保留着一丝火种。

不知道这种情形，是否会完全被复制到服务器芯片领域，如果是的话，则对于ARM服务器架构阵营的厂商来说，前景实在是不容乐观。

ARM服务器架构为何干不过Intel

实际上，三星、博通、NVIDIA等芯片巨头都曾声称要研发ARM服务器芯片，但结果却是全都相继放弃。

此外，Marvell因为收购了Intel的Xscale处理器业务，也曾投入到ARM服务器芯片市场，还称与百度有深入合作，但结果却是不了了之。

2017年底，Marvell宣布收购Cavium，这家专注于网络通信领域多核处理器的厂商现在也是ARM阵营服务器芯片的代表厂商。不知道Marvell是想通过收购再次进入服务器市场，还是另有打算呢？答案待解。

相对于Intel的服务器芯片生态系统，ARM阵营的最大劣势就是软件生态。这就像当年Intel进军移动市场时，也是遇到了软件生态问题，不仅软件兼容性饱受诟病，而且在和移动设备生产商的配合方面也出现了大问题，传统PC思维浓重的处理器巨头完全无法理解手机和平板厂商的需求，虽然投入了100多亿美元补贴，但最终还是抢不到多少市场份额。

业界有一种说法，即只要拥有20%的成本优势，就有动力更换处理器架构，但到目前为止，这个成本优势还没有体现出来，所以，更换为ARM处理器架构的动力不足。

希望在哪里

大数据、云计算时代即将到来，服务器市场将迎来爆发式增长。在当下的数据中心，Intel处理器占据90%以上市场份额，这会使互联网公司和数据中心的运营者在面对Intel时缺乏议价能力。

因此，寻找替代解决方案，实现多供应商是他们的当务之急。如谷歌、百度、阿里等互联网巨头都对ARM服务器非常感兴趣。

由于市场足够大，且一些互联网巨头比较青睐定制版的ARM服务器，这使得ARM阵营能获得一定的市场。

而在中国，虽然华芯通、华为、飞腾等ARM服务器CPU厂商无法完全替代中国市场上的Intel CPU，但攻占一部分原本属于Intel的市场还是能够期待一下的。