ARM加速更迭，國產(chǎn)替代迎新戰(zhàn)機

近年來ARM的風頭，似乎正在蓋過傳統(tǒng)的X86架構變得日益流行起來。其實，早在更早之前ARM就統(tǒng)治了手機、嵌入式應用市場，還在蘋果的加持下在PC賽道嶄露頭角；如今在一些高性能計算領域，ARM更是贏得了一眾云服務廠商的青睞。

隨著眾多廠商的入局以及ARM技術優(yōu)勢的顯現(xiàn)，ARM架構在數(shù)據(jù)中心服務器市場的滲透率正在逐年提升，基于此業(yè)內(nèi)甚至不時發(fā)出ARM時代到來的感嘆。不過，當前行業(yè)是否進入了ARM時代還值得商榷，但一個不容置疑的事實就是圍繞ARM的擴張運動，已然拉開了帷幕。

ARM架構加速滲透

根據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)預測，隨著云數(shù)據(jù)中心采用推動的逐漸增長，預計到2025年，ARM架構在數(shù)據(jù)中心服務器市場滲透率將達到22%。這個數(shù)據(jù)意味著基于ARM架構的服務器，將在未來3年實現(xiàn)翻倍增長，這也意味著ARM將帶來不可逆的行業(yè)變化。

長期以來，PC端的CPU多是基于Intel的X86架構以及后面擴展的X86-64架構，其主要的代表性廠商是intel和AMD。事實上，也只有intel、AMD和臺灣威勝公司，擁有X86的長期授權，隨著X86的大放異彩，這些相關公司也都一一賺的盆滿缽滿、聲望如日中天。不過，眼下這種局面正在隨著ARM架構的崛起而發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

據(jù)分析機構New Street Research估計，在價值250億美元的智能手機芯片市場，ARM約占 99%的份額。從無人機、洗衣機到智能手表、汽車等各個領域，其產(chǎn)品被廣泛應用于各個領域，而ARM能夠受到越來越多的歡迎，與其自身在多方面的優(yōu)勢分不開。

首先，是具備降低硬件成本、提升效率的性能優(yōu)勢。近些年來隨著技術的發(fā)展，X86在不斷實現(xiàn)復雜功能指令的指引下將指令集變得愈加復雜，后來的研究者逐漸發(fā)現(xiàn)了這種模式的不足，于是推出了精簡指令集，這為隨后出現(xiàn)的ARM誕生奠定了很好的基礎。ARM處理器的ISA復雜度更低，開發(fā)成本更低，且能夠勝任簡單且多線程的負載，這也是其受到了外界越來越多重視的原因之所在。

其次，ARM此前被人詬病的軟件短板也在逐漸被補齊。目前，所有的大型操作系統(tǒng)包括Linux、BSD、Windows都可以得到ARM架構的支持；容器化，包括虛擬化工具如docker、VMware、KVM和Kubernetes都可以在ARM架構內(nèi)運行；編程語言，包如CUDA和Java也都可以得到ARM的支持。

有了這些軟件層面的支撐，ARM架構與X86架構在面對用戶時已經(jīng)沒有太多區(qū)別了。再加上ARM本身的低費用和高運行速度，用戶自然更愿意選擇性價比更高的ARM，ARM的這種性價比優(yōu)勢，也讓它在曾經(jīng)“敗北的”服務器市場再次“卷土重來”。

ARM服務器嶄露頭角

其實，ARM早就對服務器芯片市場“垂涎已久”，怎奈ARM在整個市場的發(fā)展并不如意，其也曾經(jīng)幾度在服務器市場折戟。盡管如此ARM依舊沒有放棄這個市場，并伴隨著云服務的快速崛起，其正在這個市場中重新找到屬于自己的位置。

早在2008年，ARM就開始醞釀服務器芯片計劃，乘著ARM 64東風的高通、博通、微軟、華為、飛騰等，也陸續(xù)開發(fā)了各自的ARM服務器CPU，此后AMD、三星、高通等廠商也都紛至沓來，但都難逃無疾而終的命運，其他的小廠也大多在短暫嘗試之后宣告偃旗息鼓?？傊?，在前后經(jīng)歷了上十年的發(fā)展之后，ARM依舊沒有沖破X86對服務器市場的掌控。

2019年，隨著ARM的Neoverse平臺路線圖的推出，其對服務器市場的滲透率開始有了實質(zhì)提升。該平臺推出的N1/E1核心IP，為其服務器產(chǎn)品推廣有“名分”的處理器IP奠定了良好基礎。在此基礎上，行業(yè)廠商頻頻發(fā)力，使ARM的處理器性能和生態(tài)不斷增強，實力與日俱增。

一是，它滿足了云服務廠商們多元化的算力需求。對于不同的云服務廠商而言，其所構建的生態(tài)性能并不相同，其對芯片的性能需求也因此存在差異，而過去統(tǒng)一的通用芯片并不能解決其所面臨的現(xiàn)實問題。在此背景下，定制芯片往往可以發(fā)揮出生態(tài)的價值，亞馬遜成了云廠商中，基于ARM架構定制自研服務器芯片的第一個“探索者”，其也的確取得很大的成效，并由此引發(fā)了一眾科技巨頭的紛紛效仿。

公開資料顯示，亞馬遜自研的第一代服務器芯片Graviton 1，在大幅度提升時鐘頻次的同時，還同時節(jié)省了45%的成本，逐漸使其成了眾多入門客戶的首選。此后，推出的Graviton 2，在性能上較前一代提升了40%，成本卻還降低了20%，還成為了AWS最省電的處理器芯片，用戶體驗體驗持續(xù)提升。此后，微軟、谷歌包括國內(nèi)的BAT、華為等廠商，都加入了這個自研服務器芯片的行業(yè)，并且其中很多廠商均選擇使用ARM架構。

說到底，X86受限于AMD和英特爾，使得云服務商無法對芯片性能做進一步的優(yōu)化，它們轉(zhuǎn)向條件更優(yōu)的ARM其實是必然。

二是，近年來從PC設備到移動智能設備的遷移中，ARM架構的生態(tài)優(yōu)勢逐漸凸顯。在移動時代X86因復雜指令集受限，低性能與高功耗之下“完敗”ARM，只是憑借著PC端“幾近壟斷”的強勢地位，保持了其行業(yè)頭部的地位，但在移動時代這種“缺陷”依舊使其備受掣肘，尤其是隨著蘋果基于電腦ARM芯片的研發(fā)成功，ARM的勢力范圍幾乎已經(jīng)從曾經(jīng)擅長的“移動市場”，進入了X86的核心領地。

如今隨著云服務廠商競爭的白熱化，更具備差異化定制優(yōu)勢和性能迭代優(yōu)勢的ARM架構正在席卷云服務市場，而服務器芯片正是其發(fā)力的重要領域。

當然，目前來看ARM在云服務器市場的表現(xiàn)，尚且處于“小河才露尖尖腳”的階段，但相比曾經(jīng)數(shù)年未曾寸進的成績來看，目前這種發(fā)展態(tài)勢無疑是個很大的勝利。

X86架構迎來“諾基亞時刻”？

總體來看，無論是在移動市場的強勢還是在新市場的火爆，ARM都讓不少行業(yè)內(nèi)人士認定，其已經(jīng)具備了取代傳統(tǒng)X86架構的相當實力，甚至有人認為X86 正在重蹈曾經(jīng)諾基亞手機的“覆轍”。不過，從現(xiàn)實情況來看，當下這種情況還不會發(fā)生。

首先，X86和ARM在服務器市場的力量對比實力太懸殊，且短期之內(nèi)還很難縮短這一進程。盡管ARM的增長勢頭喜人，但截至去年為止，全球服務器芯片的架構依舊以X86為最大，據(jù)去年9月份IDC發(fā)布的《全球服務器季度跟蹤報告》顯示，X86服務器收入占全球服務器收入的90.3%，非X86（包括X86、RISC-V等）服務器收入占到了全球服務器收入的9.7%。

一些投資機構提供的數(shù)據(jù)則顯示，目前在國內(nèi)服務器市場中，X86架構市場占比依舊高達96.4%，基本為英特爾所壟斷。而現(xiàn)階段，ARM的數(shù)據(jù)中心服務器采購仍是以小批量為主，且客戶多以超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心為主，范圍仍受到明顯限制。另外，如前文所述，即使后期ARM在服務器市場增長飛速，并在2025年達到22%以上，x86架構仍然是市場的主流，力量對比并不會因此瞬間縮小。

其次，ARM應用的領域與英特爾的應用領域存在明顯差異，且生態(tài)協(xié)同還需要進一步的補足。目前，X86依然是數(shù)據(jù)中心的主流架構，而Arm架構則多應用在特定負載上，比如為CPU分擔網(wǎng)絡處理任務（現(xiàn)在最熱的DPU多為Arm架構）。此外，相比X86的“老辣”，“年輕”的ARM還需要時間去進一步提升自己的生態(tài)構建能力，畢竟ARM真正打開局面也不過才這幾年的事情，其基于服務器生態(tài)的搭建尚且還不是十分完善，這些也都需要時間去消化。

值得一提的是，在X86與ARM之外，RISC-V作為一種開源新架構，也正在悄悄進入服務器市場與前兩者展開爭奪。以此來看，在這個巨頭云集的市場，未來或許會演變成更為復雜的格局，而絕不是“你死我活”的單一格局。

國產(chǎn)替代迎來戰(zhàn)略機遇期

目前來看，ARM架構的大發(fā)展不僅是芯片行業(yè)以及智能計算行業(yè)的一個機遇，也是當前我們所推動的國產(chǎn)替代浪潮的一個戰(zhàn)略機遇。

從自身角度來說，云服務廠商做ARM服務器CPU，很大原因是其可以做到“自產(chǎn)自銷”。對于云廠商來說，它們之所以可以“無所顧忌”地“下場做芯片”，核心原因還在于其完善的內(nèi)部生態(tài)，使其不必顧及“芯片外售”問題，其龐大的內(nèi)部應用就足以消化，這是很多初創(chuàng)型企業(yè)所不具備的。

從ARM架構自身來說，其自身的生態(tài)已經(jīng)成型，其開源市場正在面向中國開放，這為國產(chǎn)替代提供了相當良好的外部環(huán)境。據(jù)ARM的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，基于ARM架構的芯片出貨量已經(jīng)累計突破了2000億顆，其中第一個1000億顆用了26年時間，但第二個僅用了4年即已經(jīng)完成，足見ARM架構在新應用環(huán)境下的增長之快，而這種快速增長離不開其長期堅持“軟硬兼顧”的戰(zhàn)略落地。

比如，它堅持以高效率、高性能為導向，十數(shù)年來堅持工藝制程與EDA工具改進，由此獲得了開源與商業(yè)軟件生態(tài)的廣大支持，其靈活和創(chuàng)新的生態(tài)系統(tǒng)正是吸引國產(chǎn)廠商，包括騰訊、阿里云、華為等頭部企業(yè)參與其中的核心原因。而為了推動ARM架構與中國軟件對接，ARM也在積極推動與中國的開源組織、項目以及社區(qū)展開合作，共同推動中國云原生軟件在ARM上的快速運行。以上種種，都為中國的國產(chǎn)系統(tǒng)崛起創(chuàng)造了良好的條件。

目前，阿里云研發(fā)的服務器操作系統(tǒng)—龍蜥操作系統(tǒng)，就可以同時支持X86和ARM多種芯片架構和計算場景；華為的歐拉操作系統(tǒng)openEuler，也同樣支持包括X86、ARM在內(nèi)的多種架構……

當然，當下國產(chǎn)替代的選擇并不單一，除了ARM之外RSIC-V也是國產(chǎn)替代可以考慮的范疇。不難預見在技術革新加速的今天，依托國內(nèi)規(guī)模龐大的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)和信創(chuàng)軟件生態(tài)，國內(nèi)操作系統(tǒng)有望利用內(nèi)外部機遇，尋找到破除“缺芯少魂”卡脖子困境的最優(yōu)解。

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