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ARM挑战英特尔

2020-07-23新闻14

多年来,ARM架构早就已经成为全球移动芯片的主流架构,由苹果、高通、三星等几家芯片大厂定义了这个架构,让英特尔的X86架构铩羽而归。

近年来,除了取得全球移动芯片领导地位之外,ARM也逐渐在全球PC以及高效能计算(HPC)处理器领域显露头角,获得市场的关注。尤其值得注意的是,PC领域的品牌大厂苹果的Mac产品线将在未来两年逐步导入自研ARM架构处理器,这也成为ARM架构打进PC领域的一大指标性成就。

2020年6月底发布的TOP 500全球超级计算机排名中,登上计算速度首位的日本富岳(Fugaku),也是全球首台采用ARM架构的冠军,其运算速度明显超越排名第二位的美国橡树岭国家实验室(ORNL)Summit超级电脑。

ARM还在持续发布最新的移动处理器、图形处理器(GPU)以及人工智能(AI)加速器核心,如5月底发布了新一代Cortex-A78 CPU核心、Mali-G78 GPU核心、以及AI加速器Ethos-N78神经处理单元(NPU)等。

此外,ARM更是首次推出了采用全新定制化设计倡议「Cortex-X Custom Program」的Cortex-X1核心,提供与Cortex-A78不同的效能、功耗定位取向,借此差异化核心产品线策略,有助满足更多元的定制化移动设备的开发需求。

虽然ARM架构在全球PC、服务器和超级计算机领域的市场影响力仍然远远不及英特尔的X86架构,但随着苹果决定押宝ARM架构,未来几年ARM在PC、超级计算机等领域能否更大程度地侵蚀X86的霸权地位,值得持续关注。

微软、苹果相继出逃X86阵营

苹果在6月的全球开发者大会(WWDC 2020)上,首度披露旗下Mac产品线将以两年为期,逐步改用自研ARM架构处理器,称之为「Apple Silicon」计划。这也是高通在COMPUTEX 2018首次发布采用ARM架构PC处理器平台、结合微软Windows系统的合作战略以来,ARM阵营挑战英特尔的另一个大动作。

事实上,微软同样也在加速拥抱ARM架构。2020年,微软推出了搭载高通Snapdragon 8cx SoC的笔记本电脑Surface Pro X。微软与高通结盟,共同发布了低功耗、低成本的Snapdragon 8c、7c等SoC产品线,有助PC供应商开发低端的ARM架构PC。

这并不能够带来立竿见影的改变。不过,未来两年苹果如何将A系列移动处理器的研发经验移植到Mac产品线,将成为全球PC、半导体行业的一大看点。如果苹果新研发的处理器在整体运算效能及功耗上超越X86处理器,不仅将带动Mac产品线的销量成长、还有可能带动更多PC厂商采用ARM架构处理器。

对苹果及微软而言,拥抱ARM架构能够带来不小的效益,值得冒这个风险。ARM架构既有低功耗的优势,执行AI任务的运算速度也比X86更快。未来,我们将看到外观更轻薄、效能更强大、续航能力更佳的PC问世,苹果新MacBook产品线也许就是这样的代表性产品。

由此,未来Apple Silicon及Windows PC平台,将变成全球高端手机和平板电脑运算架构的延伸,可提供更多的功能及应用程式(App),开拓更大的生态系统。目前,苹果与微软都正在大举投入,将软件转移至以ARM为基础的PC领域,以实现AI推理、虚拟现实(VR)、即时摄影、影视内容和音频增强等功能。

ARM移动核心首次定制化转型

在移动领域,ARM持续深化核心产品线的布局,首度将高端Cortex核心产品线分为Cortex-A与Cortex-X两个系列。在5月底的发布会上,ARM既发布了Cortex-A77核心的后继新一代核心Cortex- A78,又发布了Cortex-X1定制化核心。

两款核心的市场取向截然不同。Cortex-A78诉求持续提升功耗效率、空间效率,以及维持在各类运行条件下的稳定效能表现,适合更轻薄化设计、运算效能再提升的、新一代的移动设备。

而Cortex-X1的核心设计目标,则是面向立即需要运算效能的高强度、突发性工作负载的计算需求,如短周期、单线程基准测试的专用计算需求等。

ARM架构PC预计2024年起飞

市场研究公司Wikibon预计,ARM架构PC将更具生产力,并重振苹果及微软PC平台的销售,预计2024年开始全球销量将加速。据该公司估算,2025-2030年全球ARM架构PC出货量将出现显著成长,至2030年全球出货量可达约2.31亿台。不过,这个估算的前提,是X86芯片供应商未来几年在设计和制程战略上没能取得显著突破,而且苹果及微软持续大举投资发展ARM架构PC及自有软件的生态系统。

Wikibon预估,未来几年推出的ARM架构PC各类产品,将呈现出更轻薄化的设计、更强大的运算效能、更低的热设计功耗、并支持异构计算(Heterogeneous Compute)架构的特性,进而可支持各种类型的工作负载,如虚拟现实等。与此同时,未来几年全球X86 PC的出货量将大幅下降。

研究显示,在相同运算效能表现下,ARM架构处理器的成本及功耗要求仅相当于X86处理器的25%。业界认为,造成如今ARM核心运算、功耗及成本效益超越X8的最重要原因,是产业设计、制造的分工,让台积电等聚焦于芯片制造,ARM则专注于处理器核心的设计,这有助形成更快的产品开发周期,比X86要快上约一倍。

如今,苹果、亚马逊AWS、Google、NVIDIA、微软、高通、特斯拉等大厂,均开发出了针对自有软件的ARM架构处理器。

ARM核心进入超算冠军

多年来,X86处理器和Linux主导了全球超级计算机产业硬件和操作系统,而到了2020年则首次出现了戏剧性的变化:虽然Linux仍然还是TOP 500超级计算机的操作系统霸主,但X86处理器却首度失去了TOP 500运算效能最佳超级计算机的龙头宝座,并首次由采用ARM架构的日本富岳超级计算机取而代之。

富岳搭载了约15.2万颗富士通(Fujitsu)48核心A64FX SoC,合计多达730万个CPU核心,每颗SoC配有32GB HBM2记忆体。富岳高效能Linpack(HPL)达到了415.5 petaflop,较排名第二位的IBM Summit高出了约2.8倍;峰值运算效能,富岳更是突破了1000petaflop。目前,富岳部署于日本神户理化学研究所(RIKEN)计算科学中心。

A64FX由富士通与ARM共同开发。富士通过去采用的是SPARC架构,这次转而开发以ARM架构为基础的A64FX处理器。A64FX也是首款采用ARMv8-A SVE的CPU,ARMv8-A SVE是专门针对超级计算的ARM指令集。

AMD与Cray目前也与美国能源部及橡树岭国家实验室合作打造一台Frontier超级电脑,搭载AMD Epyc处理器以及Radeon Instinct GPU,预计将在2021年突破1000petaflop大关,有望成为富岳的新劲敌。目前TOP 500排名第二、三的超级电脑分别是Summit及Sierra,均搭载了Power9 CPU及NVIDIA Tesla V100 GPU。

虽然在最新的TOP 500榜单中,搭载了X86架构的超级计算机达到了481台;不过排名前五的超级电脑中,却只有一台是基于英特尔X86架构,剩下4台包括冠军均采用了ARM架构,这显然相当有说服力。

#英特尔#超级计算机

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