unix系统结构 ARM 是新的 RISC/UNIX，RISC-V 是新的 ARM

当数据中心的计算机架构发生变化时，攻击总是来自底层。经过十多年的持续斗争，Arm及其一大批被许可人终于冲进了所谓的“玻璃房”，它更像是一个数据仓库（字面意思），而不是像早期大型机数据中心那样有窗户来展示技术实力的大教堂——并且牢牢地扎营在不再是瓷砖而是混凝土的地板上。

对于现代企业计算，大数据爆炸的第一天是 1964 年 4 月，当时推出了System/360大型机。是的，在此之前，人们用打孔卡和制表机用了75 年，并且进行了机电计算，甚至是真正的电子计算。但是 System/360 向我们所有人展示了具有硬件和软件协同设计、广度和深度以及跨各种不同处理器的二进制兼容性的计算机体系结构的真实面貌。总的来说，除了将字符格式从 EBCDIC 更改为 ASCII 之外，现代计算机（包括手中的智能手机）在概念上看起来像由 Gene Amdahl 设计的 System/360。

这都不是重点。

关键是，随着世界上最富有的公司采用 System/360 来创建后台系统，摆脱了运行《财富》500强或《全球2000强》企业所需的大量手动流程（从而消除了大量的人力成本），同时还允许以前所未有的规模存储和使用数据，以实际推动业务，而不仅仅是观察业务。

一波又一波

真正的企业计算的第一波浪潮使 IBM 变得异常富有，成为世界上最蓝的蓝筹股。因此有很多 System/360 架构的克隆。

Digital Equipment 是一家成立于 1958 年的专有和交互式小型计算机的新贵制造商，在大型机时代开始之前并将其产品瞄准技术市场，但它却没有做到这一点。随着 1970 年 PDP-11 和 1977 年 VAX 的推出，高性能编程成为大众负担得起的，并且无处不在的。专有小型计算机出现，淹没了四面八方的大型机并进行了新的工作。（更便宜的计算总是驱动新的工作负载。人工智能只是最新的例子。）作为回应，IBM 自己拥有三种不同的小型计算机产品线，这一波大众化的公司计算在中小型企业中以大型机无法做到的成本效益方式进行。

专有微型计算机的成功催生了新一代的服务器制造商，他们使用计算效率高的 RISC 处理器和操作系统，这些处理器和操作系统在 1980 年代中期开始在科学工作站中出现在不同程度上遵循 Unix 标准。

Sun Microsystems、惠普和一家名为 Acorn RISC Machines 的英国小公司领导了 RISC/Unix，现在大型机和小型机再次受到攻击。这次攻击非常成功，最终 IBM、DEC、富士通、NEC、Bull、西门子和所有销售系统的人都拥有了 RISC/Unix 产品线。RISC/Unix 在早期互联网时代达到了全球服务器市场收入的 45% 的峰值——每家公司都有一个 Unix 后端，其中一个 Oracle 关系数据库驱动他们的网站。

但在那一刻之前的几年，台式机上的英特尔 X86 PC得到了支持并进入数据中心。英特尔扩展并强化了 X86 架构，该架构最初并不像 Sun、HP、Data General、ARM 和其他公司制造的 RISC 芯片那样大容量或可靠。它不需要因为 Web 上的计算更加分散。Web 规模的世界需要的是数据中心计算更便宜，而 X86 架构肯定比当时的 RISC/Unix 机器更便宜。

X86 架构的相对可承受性和绝对兼容性确实改变了世界。到 2009 年初经济大衰退期间，X86 服务器占全球系统季度销售额 100 亿美元的一半左右。然后下一波互联网创新浪潮袭来，这些非 X86 架构以如此缓慢的速度减少——仍然包括相当大的 IBM 大型机和小型机业务，奇怪的是——每季度约 25 亿美元，但 X86 市场呈指数级增长，介于如今，每季度 200 亿美元和 250 亿美元。根据 IDC 的数据，这就是为什么 X86 架构在 2019 年的高峰期占服务器出货量的 99% 和收入的 93%。

是的，X86 的巅峰是三年前。现在，在平板电脑和智能手机中，Arm CPU架构取代了摩托罗拉68K（以及苹果机器中著名的四种CPU架构），成为PowerPC的首选嵌入式控制器，即使服务器容量和收入不断增长，也正在将X86从峰值上拉下来。

如果你想知道为什么英特尔首席执行官 Pat Gelsinger 如此热衷于开放英特尔代工业务，这就是原因。因为，当 Arm 进入数据中心时，另一个利润池将被淘汰，钱最终会落入别人的口袋。它再次发生在 IBM、DEC、Sun、IBM 身上，现在它也将发生在 Intel 和 AMD 身上。如果服务器CPU无法获得过去十五年英特尔所拥有的利润，那么为那些足够富有、能够自行设计的人制造服务器CPU，以及那些不会购买Intel Xeons的人，除非他们的大量传统Windows server和Linux工作负载永远不会迁移到Arm架构，否则他们可能会购买。

对英特尔而言，好消息是 X86 基础架构将始终优于 Arm 基础架构，因为主要在 Windows Server 上运行的遗留代码，微软及其客户都不想迁移到 Arm 平台。他们都经历过尝试移植到安腾，无论公关做的有多好，他们都不会再次陷入困境。

但是对于新的工作负载，算了吧。除非英特尔大幅降低至强 SP CPU 的价格，否则 Arm 将很快成为云计算和超大规模处理器中的首选 CPU。云实例的同等性能具有 30% 到 40% 的性价比优势，为什么要部署在 X86 实例而不是 Arm 实例上？

ARM 服务器处理器的第三波浪潮

这就是我们生活的世界，因为第三波 Arm 服务器实际上正在冲破数据中心的大门，正如我们上周谈到的，当 Arm 有限公司授权 Arm 指令集和 Neoverse 核心、网状互连和其他服务器时CPU 设计模块，公布了其未来设计的一些规格，包括N2、V2 和 E2 内核及其后续产品。

在 Neoverse 路线图更新的后续故事中，我们关注竞争环境以及 Arm 现在如何获得更大的吸引力以及原因。

Arm基础设施总经理 Chris Bergey 如此设定竞争环境：

“今天的基础设施是定制的，从 SSD 到 ACD 到 GPU 到视频加速器。最后一个标准产品服务器 CPU 不会将其作为通用产品向前发展。功耗已经是一个太大的问题。超大规模运营商将其整个 TCO 的 30% 到 40% 用于电力，这对电信网络运营商来说只是稍微好一点。数据速率发展得太快了。计算工作负载不断地向更高的方向发展，而且它们变得越来越复杂。机器学习和人工智能正在接管。基础设施的未来必须与过去完全不同。它需要重新定义。基础设施需要无处不在。云将继续存在于大型数据中心。但是我们的娱乐体验、交通和我们的交流方式将通过边缘构建而改变。它将加速以支持 AR 和 VR 创作者所梦想的沉浸式、视觉、触觉、实时体验。它将是高能效的，GPU 向我们展示了实现这一目标。”

亚马逊网络服务的杰出工程师詹姆斯汉密尔顿在最近的一次半导体会议上解释了为什么这家云巨头决定自己涉足 CPU 设计，并解释了为什么其他人也纷纷效仿，比如阿里巴巴想到了其自主研发的 Arm 服务器芯片，或者他们已经搭上了其他 Arm 芯片设计师的设计，例如 Ampere Computing 或 HiSilicon。以下是汉密尔顿所说的话，这是 AWS 多年来所说的最重要的话，所以我们详细引用了他的话：

“这个行业完全取决于数量。任何时候你可以大规模地做任何事情，它都会打开更多的研发投资。您可以为客户做更多的事情。说真的，13 多年后我仍然在 AWS 的原因是，我们每一次成长，都会让更多的事情成为可能。如果我们的客户不信任我们以极大的规模运行他们的工作负载，我们可能永远不会完成半导体工作。正因为如此，我们可以投资更多。事实上，AWS 正在发生与 Arm 相同的事情。伟大的工作带来了很多客户，允许更多的创新和更多的伟大工作随之而来。结论是注定的：Arm 的移动业务量将满足生产出色服务器处理器所需的研发投资。所以这是第一件事。”

“第二个背景点是不同的，这只是一个观察。这听起来并不可怕，但对我来说是。就是这样：服务器是安装在板上的大型复杂设备。它们曾经是大而复杂的设备，曾经有冰箱那么大。它们变得越来越小，事实上正在发生的事情是板上的服务器越来越多地被 SoC 安装到封装上。最终还需要时间。但最终，在我看来，服务器将成为片上系统。这一切都会从板上出现并落在芯片上。今天的服务器与此相去甚远——它们确实如此。但多年来我观察到，移动设备中发生的事情最终会发生在服务器中，只需要五到十年。我们中的许多人都相信这肯定会发生。想一想：为什么这对我们很重要？我们一直在做定制服务器很长很长一段时间。我们为客户提供更多价值，因为我们提供定制服务器。如果服务器的所有创新都集中在芯片上，而我们不制造芯片，我们就没有创新。”

有了这个论点，早在 2013 年，AWS 就开始走上定制硬件的道路，这导致该公司收购了 Annapurna Labs 并设计了自己的计算、网络和存储引擎。（而且我们认为可能是它自己的交换机 ASIC。）

我们的观点是，这不仅仅是移动影响服务器。John Cocke 创建了一种精简指令集计算架构，试图在 1970 年代的实验性 801 系统中提高 CPU 的效率，该系统最终被用于 IBM 大型机控制器unix系统结构，仅此而已。在像 David Patterson 这样的杰出人物的帮助下，在所有 CPU 设计中盛行的复杂指令集计算（直到 RISC 做出必要的区分才被调用）被 RISC 方法所取代。即使是古老的 X86 本质上也是一台假装是 CISC 机器的 RISC 计算机，并且已经使用了几十年。如果 IBM 在幕后使用其 System z 大型机电机做同样的事情，我们不会感到惊讶。

随着新技术投入 IT 海洋，浪潮在计算层之间来回流动。专有的小型计算机为新的工作负载带来了更便宜的 CPU 和交互式编程，这些想法被数据中心所吸收。RISC/Unix 机器被设计为技术工作站，但被增强为服务器，为数据中心带来更节能的计算和统一的操作系统 API。PC 微处理器变得更大、更快、更可靠，它为数据中心带来了从台式机和笔记本电脑到数据中心的通用基板，而这正是我们需要 10 倍、然后是另外 10 倍、更高性能来支持 Web 2.0 的时候。随着第三代网络的出现，许多人开始称之为多元宇宙，它集成了人工智能和高性能计算以及身临其境的体验，创新同时发生在数据中心、边缘和客户端。元宇宙需要大规模定制和高度调整的计算、网络和存储的超分布才能运行，而且只有以这种方式才能负担得起。

现在轮到ARM了

显然，正如汉密尔顿正确指出的那样，基于 Arm 的智能手机的兴起和无处不在的 Arm SoC 已经改变了基础设施的各个层面。

考虑到这一切，我们毫不奇怪，直接建立大规模数据中心的公司，包括 AWS 和阿里巴巴，以及通过合作间接建立的其他公司，一直在与 Arm 一起在高端进行创新。

Arm 芯片设计人员在不同向量上提升性能的四个例子

Arm 服务器部署的规模在数十万台的数量级上，而每季度只有几百万台，但 Arm 市场份额正在快速增长。而且，Arm 的成功并不是由严格意义上的每瓦性能驱动，就像十年前 Arm 服务器设计的早期驱动力一样。这一次，它是关于一个Arm CPU，其性能与X86 CPU相当或更好，成本更低，以及超标量器、云构建器和电信公司可以选择定制Arm CPU设计，并与少数剩余的高级工艺芯片铸造厂建立自己的关系。这一切都是关于IT组织控制自己的命运。

他们正在这样做，并让英特尔和 AMD 为钱而战。

Arm基础设施部门产品解决方案副总裁 Dermot O'Driscoll在最近Neoverse 路线图显示中如何评估针对云服务器调整的竞争格局

白点是Intel的“Ice Lake”Xeon SP，灰点是AMD的“Milan”Epyc 7003。可以看到，AWS和阿里巴巴并没有乱来，Ampere Computing也不是，它首过80 Neoverse的Altra芯片显示了 N1 核心。具有 128 个内核的 Altra Max 将 Ampere 推到了图表的右侧，可能比 AMD Epyc 7003 更靠右，并且随着今年晚些时候推出的国产内核和明年推出的版本，我们认为 Ampere Computing 将推动两者向上和向右。

O'Driscoll 没有将其添加到 2023 年的竞争格局图表中，这就是我们提出它的原因，但他确实添加了英特尔的下一代“Sapphire Rapids” Xeon SP 和 AMD 的下一代 Epyc 芯片。目前尚不清楚显示的 AMD 芯片是 96 核“Genoa”还是 128 核“Bergamo”芯片，但公平地说，这是云客户，应该是 Bergamo。O'Driscoll 提出的观点是英伟达的“Grace” CPU 在竞争格局中的位置，它处于上升和向右的位置，将成为明年要击败的芯片。我们认为 AWS 明年也很有可能推出 Graviton4 芯片，我们完全期待它在今年 11 月的 re:Invent 大会上公布。

因此，考虑到实际工作负载的单位性能成本比 X86 实例低 30% 到 40%，AWS 云上 前 50 名支出者中有 48 个正在使用 Graviton 也就不足为奇了。

如果英特尔和 AMD 不能在每个内核和每个插槽级别上提高性能，他们将不得不降价来竞争——并且还要让云将降价传递给客户。不能保证后者会发生。X86 上的 Windows Server 和 Linux 是遗留工作负载，每个云都希望为此收取额外费用。云没有任何动机降低这些价格，尤其是那些正在打造自己的 Arm 服务器 CPU 的云。因此，云上的 X86 成为新的大型机和新的 Unix 服务器，其定价从过去开始就锁定在一条曲线上。

这就引出了 RISC-V。有几个人可以称得上“RISC之父”的称号，多产的研究人员和发明家Patterson就是其中之一。Patterson 是加州大学伯克利分校 RISC 项目的负责人，该项目还催生了开源 BSD Unix、Postgres 数据库、Spark 内存数据分析平台等。Patterson 也是RISC-V基金会董事会的副主席，该基金会控制着开放源码RISC-V指令集，三年前将总部迁至瑞士，以摆脱各国政府的控制。

如果说 Arm 的可授权技术与 RISC/Unix 的兴起是平行的，那么具有开源指令集和逻辑块的 RISC-V 可能类似于 Linux。Arm 可能会在数据中心、边缘和我们的客户端设备中设置长达十年之久，但要小心 RISC-V。十年后，我们可能会重新写同样的故事，再加上一个历史响波。事实上，很难想象出现任何其他替代方案。

2032年，我们看看结果如何。

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（编辑：成都站长网）

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