x86、Arm和RISC-V三大架构服务器CPU战况

随着近日英伟达公布2024财年第一季度的财报,超过预期的成绩再度让大家认识到了服务器市场激增的需求。英伟达凭借其gpu在服务器领域的主导地位,交出了一份令人满意的答卷。可在服务器cpu领域,却又是另一片光景,英伟达从过去的观战方变成了如今的参战方,也陷入了三大架构混战的战局中去。
x86的你来我往
由于x86赛道的玩家相当有限,且两家厂商都不愿意放弃这块蛋糕,所以呈现了一种互相拉扯的局面。尽管英特尔占据主导地位多年,但这几年来amd已经有了迎头赶上的趋势,凭借epyc系列处理器蚕食了英特尔不少份额。
从mercury research的统计数据来看,在服务器的x86 cpu市场,amd的份额从年初的10.7%增长至17.6%,而英特尔则从89.3%降低至82.4%。虽然两者差距依然巨大,但多亏了amd持续的战略投入和稳扎稳打,amd有望在今年将这一份额进一步提升至20%。
且得益于epyc处理器上集成的amd infinity guard技术,amd的处理器在不少csp那相当吃香,包括微软azure、谷歌云和oracle cloud都将其视为机密计算首选方案。加上amd在ai软件支持上也取得了长足的进步,包括支持pytorch 2.0为rocm软件提供原生支持,以及tensorflow 2.12版本开始提供tensorflow-zendnn扩展,进一步加强epyc cpu在神经网络推理上的灵活性。
这有一部分原因则是英特尔在备受期待的sapphire rapids上频繁踩坑,虽说今年3月,该处理器已经正式开始交付,但可以说选了个最差的时机。英特尔表示sapphire rapids获得了400多个设计胜利,可从市场现状来看,今年不少csp都选择在服务器cpu上砍单,据有关人士透露,微软在下半年砍掉了50%到70%的sapphire rapids订单。
更不用说如今第五代xeon处理器emerald rapids已经开始送样,且计划今年第四季度开始交付,意味着sapphire rapids在出货两个季度后就要与下一代产品同台竞争。可以看出,英特尔加快了设计步伐,试图扭转颓势,所以这一你来我往的局面应该还会持续下去。可需要注意的是,在整个服务器cpu市场中,夺去英特尔市场份额可不仅仅是amd,还有其他虎视眈眈的非x86架构,比如arm。
群雄逐鹿的arm
曾几何时的arm架构想要在服务器上发力,却始终没能撼动x86分毫,以至于彼时的高通都决定放弃arm服务器市场,华芯通的昇龙4800也成了“绝唱”,可这其实完全可以归结为时运不济。随着arm neoverse推出后,arm很快就打了个漂亮的翻身仗。
随即面世的ampere altra和graviton2都是基于neoverse n1打造的,并迅速在市场找到了定位,也终于开始普及商用。之后的neoverse v1和neoverse n2更是开启了大厂角逐之争,英伟达、marvell、平头哥等纷纷入局,为arm的服务器生态添砖加瓦。
由于服务器处理器不像mcu那样,基于arm neoverse架构设计需要巨大的人力与财力支撑,所以目前arm的服务器芯片基本是大厂之间的厮杀。在公版核心架构相同的情况下,这些arm服务器芯片纷纷用上了最先进的制造工艺,所以更加考验厂商们的芯片设计能力,但chiplet等技术的出现,其实也给到了这些厂商快速迭代产品抢占更多市场份额的机会。
比如英伟达选择了利用其nvlink技术来拼接成144个neoverse v2核心的grace superchip,而ampere computing选择了自研arm核心推出了192核心的ampere one处理器。aws在持续基于公版neoverse核心打磨其graviton系列处理器的同时,也在利用arm标准核心为其nitro控制器打造完整的dpu生态。
在服务器软件生态上,arm也已经开始发力,无论是devops、虚拟化都已经对arm架构提供了完整的支持。加之此前的日本富岳超算a64fx处理器和不久前公开的印度aum处理器,arm在hpc应用上的软件支持也在逐步到位。
进展飞速的risc-v
上文中,我们提到chiplet等设计技术为arm服务器cpu快速迭代提供了便利,可这一通用技术也为新秀risc-v提供了缩短ttm的机会,比如ventana micro systems的ventana v1。ventana表示veyron v1的单槽specint2017跑分已经高出了xeon ice lake 8380、epyc milan 7763、aws graviton3等竞品,但在服务器cpu领域这类跑分的说服力并不强,csp厂商看重的还有扩展性、软件生态适配程度,而这些恰恰是risc-v服务器cpu欠缺的。
除此之外,今年已经有了risc-v服务器cpu露面,为risc-v在服务器领域的冲锋打头阵,比如算能的算丰sg2042。sg2042基于64个高性能risc-v核心设计,主频高达2ghz,且支持双路cpu互利。最重要的是,sg2042既是首个服务器级别的risc-v cpu,也是目前唯一已经提供板卡和开发套件方案的risc-v服务器cpu。
同样不可否认的是,在系统及软件的支持上,risc-v服务器进展飞速,比如在开源社区的助力下,deepin、开源欧拉都已经陆续宣布成功适配sg2042服务器板卡。可这并不代表目前的risc-v服务器cpu处于开箱即用的状态,如今这些系统的桌面环境上仅仅支持一些文档办公、影音娱乐应用,还有大量服务器软件与库的适配和移植工作需要完成,诸如虚拟化等。
risc-v潜力巨大,但要想追平x86甚至是arm如今的进度,还有不小的差距。但这也就是开源社区的优势和魅力了,arm花了十数年才达到如此里程,risc-v或许只需要不到一半的时间。
战况展望
从创新性、成本乃至性能等角度来看,其实arm以及未来的risc-v都会是极具竞争力的服务器cpu架构,可现今的服务器仍是一个固执且切入周期较长的市场,x86目前尚未触及设计和工艺的瓶颈,即便有了ai加速器、dpu等组件的加入,服务器架构并没有发生剧变,所以x86在未来的十年内依然将占据主导地位。
只不过随着设计方法、制造工艺的同步,arm已经在该领域开启了较为成熟的商业化进程,随着时间的推移,市场份额会逐渐升高。至于risc-v,目前服务器生态尚不成熟,很难获得大型csp的青睐,要知道csp即便选择自研芯片也会给到客户更多选择,但risc-v目前还没有打入任何一家的迹象。
这也是risc-v在其他高性能计算领域的最大弱势,落地应用的欠缺使得其很难作为完善的商业方案推广。所以服务器cpu的战局依然激烈,任何一方这时候开始卸力都会像英特尔一样,转瞬之间就被吞掉大量市场份额。

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