多年來，英特爾以x86架構幾乎雄霸服務器處理器市場，多家公司先后以Arm架構推出服務器處理器，均未能撼動其地位。這主要是因為以前Arm用于服務器芯片的IP、內核和X86相比，在性能上還有一定的差距。但實際上，Arm的RISC（精簡指令集）架構比x86更高效……
過去十到十五年，云計算的需求相比以前基于企業級的計算發生了很大變化。從軟件角度，需求更多朝向云原生，如容器（Containers）、微服務（Microservices）和函數即服務（FaaS）等計算模型快速轉變，而不是以前那種面向企業級內部的計算模型。
“所以現在我們所說的“云”，實際上是指從超大規模云到分布式的邊緣云。”在日前安晟培半導體（Ampere Computing）舉辦的一場“云發布會”上，Ampere 產品高級副總裁Jeff Wittich解釋了為什么行業需要新一代的處理器和平臺，“當前，越來越多的邊緣數據中心在延時、散熱、功耗需求上變得和以前不一樣。超大規模云和邊緣云計算需求的增長，對CPU部署密度和能耗的要求越來越高，機器學習、人工智能的不斷增長，也對這種計算能力產生了非常大的需求。”
Ampere 產品高級副總裁Jeff Wittich
為什么需要全新的云處理器？
隨著越來越多的邊緣云計算客戶定制化，除了將GPU用于AI，smartNIC、smartnet用于網絡工作負載等，越來越多的異構基礎設施要求有云計算能力。“這需要一種專門針對云的新型計算能力，實現這種計算需要很多非常高效的CPU的內核，保持非常低功耗的同時，兼顧擴展性。” Jeff Wittich說到，“而且新一代面向云的計算架構需要更加開放，以往用于云計算的那些 CPU有很多制約因素，不但制約創新，還增加了風險。”
能效是很重要的一個問題，不僅僅是影響到企業運營成本，而且大規模部署后，綠色可持續方面也是全球性問題。
在過去5-10年，全球數據中心的電力消耗總量已經占據了全球電力使用量的3%，并保持穩定。可見雖然數據中心的數量在增加，但能效方面也在不斷創新，減少設備的單位耗電量。不過預計到2030年，全世界的數據中心耗電量大概將占總耗能的11%。
Jeff Wittich 表示:“航空業在世界上被認為是非常不綠色、不環保的行業。但是現在數據中心除了耗電之外，它的溫室氣體的排放量，基本上已經等于整個航空業了。”一些比較簡單易行的節能創新措施已經基本施行過了，所以未來數據中心進一步擴大，為了進一步節能和減少溫室氣體排放量，需要用于云端的更高能效處理器。
從2008年到2013年，x86 CPU的性能及能效基本保持年度復合增長率(CAGR)60%左右。因為采取了節能措施，耗電量并沒有與性能同步增長，所以總體能耗維持在同一個水平增長。但是過去六到七年，性能每年的復合增長率已經達不到60%了，能效增長也下降了很多。（圖自：Ampere）
80核的“核武器”
在本次發布會上正式發布的Ampere Altra™處理器，是業界首款搭載80個內核數量的服務器中央處理器，同時也是首款應用于新一代云和邊緣計算數據中心的云原生中央處理器。
據介紹，Ampere Altra是Ampere全新一代專注于云的產品，也是Ampere每年一款的產品路書規劃中推出的首款新型中央處理器。Ampere Altra的特點在于其單核單線程的內核設計，能夠提供可預測的高性能、用戶的安全隔離、全平臺擴展性以及高能效。可以為前沿科技領域如數據分析、人工智能、數據庫、數據存儲、電信堆棧、邊緣計算、Web主機與云原生應用等提供能效提升。
Ampere Altra的產品特性如下：
- 單路80個單線程內核，雙路160個內核
- 7nm制程工藝
- 2PDC，支持8 通道DDR4-3200內存，單路內存容量4TB
- 單路配置支持128 條PCIe Gen4 通道，雙路配置支持192條通道
- 采用CCIX協議，支持加速器一致性互聯
- 兩個128位SIMD單元
- 使用int8和fp16運算指令進行AI推理加速
- 服務器級RAS
- Arm v8.2+架構，符合服務器基礎架構規范（SBSA）4級
與傳統服務器CPU相比
多年來，英特爾以x86架構幾乎雄霸服務器處理器市場，多家公司先后以Arm架構推出服務器處理器，均未能撼動其地位。Jeff Wittich認為，這主要是因為以前Arm用于服務器芯片的IP、內核和X86相比，在性能上還有一定的差距。但實際上，Arm的RISC（精簡指令集）架構比x86更高效。
在過去一段時間，Arm一直致力于推進可用于數據中心高性能、高能效的內核研究，“利用我們之前的經驗積累，在云這一塊，全新IP已經能夠為我們提供超過x86服務器CPU的性能。另外，隨著臺積電7納米工藝技術的成熟，我們可以使用體積最小、能效最高、速度最快的晶體管。”
和傳統服務器CPU架構相比，Ampere的80個內核架構有幾個創新點，Jeff Wittich介紹到：
第一、單線程。單線程的目的是為每一個用戶提供穩定、可預測的性能。此外，在云計算的時候，單線程還能夠提供非常好的安全隔離。
第二、通過對架構的優化，來提供最多數量的內核。這個核數比市場上同類處理器的核數更多，而且是基于Mesh網格化部署，密度高，能提供好的一致性和高效率。
第三、這款內核能效在目前市場上是最高的。內核優化的結果是，只讓這個內核提供云計算所需要的性能，以前那些非云計算所需要的額外功能特性不再提供了，這樣就減少了耗電量，提高了每一個核的功耗效率。
Jeff Wittich向《電子工程專輯》介紹道，這款80內核處理器的面積和其他的業內處理器一樣大，主板腳座（Socket）是LGA，也和其他處理器一致。同時針對不同功耗點，會有多種CPU的SKUs品類，但能提供的性能都是一樣的，由于效率非常高，部分型號還可以被部署到邊緣。“例如我們可以提供45W處理器，但同時核數非常多，這對于邊緣計算是非常適用的。”
在發布會上，Ampere性能對標的x86處理器分別是AMD EPYC 7742和Intel Xeon Platinum 8280。(圖自：Ampere)
節能效率對標的x86處理器分別是AMD EPYC 7702和Intel Xeon Platinum 8276。(圖自：Ampere)
可擴展性對標x86處理器分別是AMD EPYC 7702和Intel Xeon Platinum 8276。(圖自：Ampere)
據Ampere在機架配置42U w/12.5kw功率下，基于SPECrate 2017_int_base估算，Ampere Altra的單機架內核密度高于AMD EPYC 7702 38%，高于intel Xeon Platinum 8276 173%；單機架性能高于AMD EPYC 7702 13%，高于intel Xeon Platinum 8276 120%。
單位成本性能對標的x86處理器分別是AMD EPYC 7702、Intel Xeon Gold 6238R和Intel Xeon Platinum 8276。(圖自：Ampere)
關于Ampere
關于Ampere可能大家不會陌生，他們成立于2017年，創始人是此前英特爾歷史上第六任總裁詹睿妮（Renee James）。她在2016年離開英特爾，加入凱雷集團（The Carlyle Group），并于2017年10月創立Ampere并擔任首席執行官。作為一家同樣主打Arm架構服務器處理器的公司，Renee James女士認為，Ampere將有與英特爾同臺較量的實力。或許在全新云計算應用的推動下，Arm和x86在服務器處理器市場多年的競爭，馬上就要出現拐點了。
“Ampere Altra是新一代服務器中央處理器中的首款，專為解決目前云端及邊緣的工作負載問題而打造。作為業界首個80核云原生中央處理器，Ampere Altra將為行業帶來突破性的性能表現。“Renee James女士表示，”成立兩年以來，Ampere經驗豐富的團隊一直致力于為云計算客戶提供重要且價值獨特的創新成果。我們團隊的關注重點是每年為市場與行業提供新的解決方案，以滿足客戶不斷變化的需求。作為一家創立不久的年輕企業，Ampere Altra的問世是一個振奮人心的時刻，因為我們一直在不懈努力，致力于開創服務器處理器行業的未來。”
Ampere的團隊中很多也是來自英特爾的大牛，平均在服務器行業已經工作了20年，并且特別專注于服務器中的云。這帶來的好處是快速響應——他們知道如何很快的將一個產品設計好，來滿足客戶各種各樣的需求。
首席技術官（CTO）是在英特爾服務超30年的原副總裁兼產品架構總經理Atiq Bajwa；執行副總裁是在英特爾服務26年的原副總裁、資深架構師Rohit Vidwans；邏輯開發副總裁是在英特爾服務21年，負責Pentium 4和Core的設計的原資深首席科學家Sean Mirkes；公司的兩位資深研究員（Fellow）是Stephan Jourdan和Shiv Kaushik，都在英特爾工作超過20年。
Jeff Wittich 表示:“之前的經驗讓我們有信心，以每年一款的節奏推出新品，使得處理器的性能不斷提升。”今年推出Altra后，Ampere計劃2021年推出Mystique，和現有Altra平臺兼容。2022年計劃推出Siryn，每次的新品都將基于云應用的特點設計，并比上一代核數更多、性能更好、功耗更低。
合作伙伴與生態
據介紹，Ampere與全球伙伴合作，提供云計算軟件系統、多種工具與硬件平臺。Ampere Altra可以應用在裸金屬服務器、虛擬機、容器化等各類云計算場景中，在硬件生態建設方面，去年NVIDIA宣布完全支持Arm生態。在異構計算方面，Jeff Wittich 表示他們的切入點是為GPU、FPGA提供等最好的連接觸點、最大最寬的I/O帶寬。
在軟件生態系統上，Ampere目前支持包括Linux、BSD、windows在內的所有操作系統都，包括docker、KVM、vmware、kubernetes等在內的云工具，“我們和所有開源社區，包括軟件開發商正在共同進一步完善我們的生態。另外Arm生態云服務商積極性很高，幾年來他們一直在關注這個事，很多服務商已經把軟件棧（Software stack）轉移到Arm平臺。” Jeff Wittich說到。
在兼容性上，Ampere接受所有開源項目或標準，像CCIX、OpenVMC等都支持。
據悉，基于Ampere Altra的單路服務器平臺與雙路服務器平臺現已向全球的客戶發貨，其中包括許多全球頂級云服務提供商，包括微軟、甲骨文（Oracle）等。目前，客戶正在對Ampere Altra進行軟件堆棧測試，從云端推動性能及能效的優化。
據介紹，目前Ampere Altra樣品已提供給客戶，將于2020年中投產。具體價格還沒有公布，但是Jeff Wittich表示，Ampere的TCO 優勢在于總體應用成本，所以成本和AMD、英特爾的x86處理器相比會有非常大的優勢。
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