当数据中心的计算机架构发生变革时，冲击总是来自底层。经过十多年的持续斗争，Arm及其许可证持有者们终于建立了牢固的Arm CPU架构生态，坐上了令人羡慕的芯片设计国度的C位。

对于现代企业计算，大数据爆炸的第一天发生在1964年4月，即System/360大型机推出。75年来，人们一直在摆弄穿孔卡片和制表机，在那之前，人们已经有了机电计算，甚至是真正的电子计算。但是System/360向我们展示了软硬件协同设计的计算机架构的真实面貌，这种架构具有广度和深度，并在各种不同的处理器之间实现二进制兼容性。总的来说，除了字符格式从EBCDIC到ASCII的变化，现代计算机(包括智能手机)在概念上看起来像吉恩·阿姆达尔设计的System/360。

但这不重要，重要的是，随着世界上最富有的公司采用System/360来创建后台办公系统，让财富500强或全球2000强企业取消了大量手动工序，消除了大量的人力成本，还允许前所未有的规模存储和使用数据，以实效推动了业务发展，而不仅仅是作秀。

惊人相似的一幕再次出现

在这波历史意义的企业计算革命中，IBM变得异常富有，成为世界上有史以来最蓝的芯片蓝筹股。因此，当时System/360体系结构的复制品也开始泛滥。

55年的前IBM System/360主机

Digital Equipment是1958年成立的一家新贵公司，生产专有(交互式)小型机，产品瞄准技术市场。随着1970年PDP-11和1977年VAX的推出，大众消费者已经能够接受高性能编程，到处都出现了一股专用小型机的浪潮，并很快淹没了各类市场上的大型机，以更便宜的计算成本承担了各种新工作。

此时，IBM已经拥有三种不同的小型机产品线。以大型机永远无法实现的经济高效的工作方式，这一浪潮使中小型企业实现了计算大众化。

专有小型机的成功，催生了一批使用高效计算的RISC处理器和操作系统的新服务器制造商，这些处理器和操作系统在不同程度上符合Unix标准，这些标准始于20世纪80年代中期的科学工作站。

Sun Microsystems、惠普（Hewlett Packard）和一家名为Acorn Computer Ltd.（ARM公司的前身，当时产品是基于RISC指令集的32位微处理器——Acorn RISC Machine，简称ARM，由芯片代工厂VLSI公司生产）的英国小公司领导了这轮RISC/Unix冲锋，这时大型机和小型机再次受到冲击。这次冲锋非常成功，最终IBM、DEC、富士通、NEC、Bull、西门子和所有拥有RISC/Unix产品线的系统销售公司都取得了不凡的成绩。在互联网早期，RISC/Unix占全球服务器市场收入的45%，每个公司都有一个Unix后端，用Oracle关系数据库驱动他们的网站。

但在那之前的几年，我们桌面上的英特尔X86 PC就已经挺进了数据中心。英特尔扩展并强化了X86体系结构，该体系结构最初不如Sun、HP、Data General、ARM和其他公司生产的RISC芯片。但是，网络计算更加分散，不需要那样的大容量、高可靠性。网络世界需要的是更便宜的数据中心计算，X86架构肯定比当时的RISC/Unix机器更便宜。

X86体系结构的相对经济性和绝对兼容性彻底改变了世界。到2009年初的金融危机大萧条肆虐时，X86服务器在全球100亿美元的季度系统销售额中约占一半。然后，下一波互联网创新浪潮袭来，但奇怪的是，非X86架构的衰退速度非常缓慢，当时IBM大型机和小型机业务依然相当大——每季度约25亿美元。但在增长速度方面，X86市场目前呈指数增长，每季度约200亿至250亿美元。根据IDC数据，这就是为什么X86架构在2019年高峰期占服务器出货量的99%和收入的93%。

X86的巅峰是在三年前。现在，我们的平板电脑和智能手机中的Arm CPU架构取代了PowerPC，成为嵌入式控制器的首选，也取代了摩托罗拉68K以及苹果机器中著名的所有四种CPU架构。惊人相似的情形再次出现，尽管X86服务器数量和收入不断增长，Arm CPU架构正试图将其从巅峰拉下来！

如果你想知道为什么英特尔首席执行官Pat Gelsinger如此热衷于开放其代工业务，这就是原因。因为，正如我们十多年来一直在说的那样，当Arm进入数据中心时，另一个利润池将被消除，钱将最终落入别人的口袋。这一幕曾经发生在IBM、DEC、Sun身上，现在也将发生在英特尔和AMD身上。如果服务器CPU无法为英特尔赢得过去15年的利润，那么为那些富裕到可以自己设计服务器CPU的人制造服务器CPU可能会成为现实，这些人不会购买英特尔至强处理器，除非那些永远不会迁移到Arm架构的大规模传统Windows Server和Linux工作负载。

对英特尔来说，好消息是X86基础设施将永远比Arm基础设施更有优势，因为传统代码大多运行在Windows Server上，微软及其客户都不想迁移到Arm平台。无论Arm平台的公关故事（PR story）有多诱人，他们都将坚持以Itanium为衣食父母，不会碰旁门侧道。

但是对于新的工作负载，还是算了吧。除非英特尔大幅降低至强处理器（Xeon SP CPU）的价格，否则Arm将很快成为云处理器和超大规模处理器的首选。Arm案例在同等性能下具有30%到40%的性价比优势，我们为什么还要部署X86呢？也许你会买一个Xeon SP——或者是下一代，因为AMD的Epyc CPUs已经卖完了，这就是你能买到的全部了？选择实在是太少了。

Arm服务器处理器的第三次浪潮

实际上，这就是我们生活的世界，Arm服务器的第三次浪潮正在冲击数据中心的大门。作为一家授权Arm指令集和Neoverse内核、mesh互连和其他服务器CPU设计模块的公司，Arm最近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。

Arm Neoverse路线图

在Neoverse路线图中，我们更关注竞争环境，以及Arm现在如何获得更多关注，以及为什么。

对于竞争环境，Arm公司基础设施总经理Chris Bergey是这样描述的：“从固态硬盘（SSD）到硬盘（HDD）到数字处理器（DPU）再到视频加速器，今天的基础设施是定制的。最后一个标准产品是服务器CPU，将不再是通用产品。功耗已经是一个很大的问题，超大规模服务器将其总拥有成本的30%到40%花费在电力上，这对于电信网络运营商来说只是稍微好一点。数据速率发展太快，计算工作负载持续攀升，变得越来越复杂，机器学习和人工智能（AI）正在取而代之。基础设施的未来绝不能像过去那样，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、交通以及我们交流的方式将会被边缘的构建方式所改变。这种趋势将会加速以支持AR和VR创作者正在构想的沉浸式、视觉、触觉、实时体验。但是这些将非常节能，dpu将向我们展示如何实现这一目标。”

亚马逊公司(AWS)的杰出工程师James Hamilton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涉足CPU设计本身，也解释了为什么其他公司纷纷效仿。以下是Hamilton原话，这是AWS多年来说过的最重要的话：

“这个行业最重要的就是销量。任何时候，你都可以大规模地做任何事情，这将带来更多的R&D投资。你可以为顾客做更多，13年后我仍然在AWS的原因是因为我们每一次成长，都让更多的事情成为可能。如果我们的客户不信任我们在极端规模下运行他们的工作负载，我们可能永远也做不了半导体工作。正因为如此，我们可以投资更多。实际上，AWS和Arm正在做同样的事情——伟大的工作带来大量的客户，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的手机销量将满足R&D生产优秀服务器处理器所需的投资，这是第一件大事。”

“第二个话语点不一样，只是一个观察。这听起来并不可怕，但对我来说很可怕，那就是——服务器是安装在一块板上的大型复杂设备。它们曾经是大而复杂的设备，有冰箱那么大。事实上，它们正变得越来越小，板上的服务器越来越多地被装在包装里。这将需要时间，但在我看来，服务器最终将成为一个片上系统。它将全部出现在电路板上并落在一个芯片上。今天的服务器离这还有很长的路要走。但是多年来我观察到，只需要5-10年时间，移动领域发生的事情最终会发生在服务器上。我们中的许多人都确信这肯定会发生，想一想为什么这对我们很重要？我们做定制服务器已经很久很久了，如果服务器中的所有创新都被拉到芯片上，而我们不制造芯片，我们就不会创新。”

有了这个理由，早在2013年，AWS就开始走定制硬件的道路，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。

Hamilton可能比地球上的任何人都更了解硬件和软件基础架构。他的过往告诉大家，对数据中心的冲击总是由外而内，任何一轮技术创新都会相继进入，直到它变革了数据中心。类似地，一些数据中心技术由内而外发展，如基本的计算机架构，然后一波技术遇到一个难题，再以稍微不同的方式解决，当一个想法“被证明是成功的时候”就会被其他同业接纳。

我们的观点是，这不仅仅是移动设备影响服务器。John Cocke在20世纪70年代创建了一个精简指令集计算（RISC）架构，试图在实验性的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，而不是其他很多系统。在David Patterson等名人的帮助下，在所有CPU设计中盛行的复杂指令集计算（CISC）被RISC方法所取代。甚至古老的X86在本质上也是一台RISC计算机，它伪装成CISC机器，几十年来一直如此。如果IBM幕后对其System z大型机做同样的事情，我们不会感到惊讶。

随着新技术投入到IT海洋中，专有的小型机为新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。用RISC/Unix机器作为技术工作站，并进一步增强为服务器，这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，在我们需要10倍、再10倍的性能来支持Web 2.0的时候，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。随着Web 3.0的出现，它集成了AI和高性能计算以及身临其境的体验，许多人开始称之为多元宇宙（multiverse）。创新正在数据中心、边缘和客户端同时发生，元宇宙（metaverse）将需要大规模定制和高度优化的计算、网络和存储的超级分布才能运行，只有以这种方式才能负担得起。

现在轮到Arm了

显然，正如Hamilton指出的那样，基于Arm的智能手机的兴起和Arm SoC的普遍存在已经改变了所有层次的基础设施。

这一切我们毫不奇怪，建设大规模数据中心的公司，包括AWS和阿里巴巴，以及通过合作关系间接建立的其他公司，一直在与Arm一起进行高端创新。Bergey列举了Arm芯片设计人员在不同方面提升性能的四个例子:

Arm服务器的部署规模大约是每季度几十万台，而不是几百万台，但是Arm市场正在快速增长。严格来说，Arm的成功并不是由性能功耗比驱动的，这与十年前Arm服务器设计的早期驱动力不同。这一次，它是关于Arm CPU具有与X86 CPU相当或更好的性能，以及更低的成本——以及关于超大规模计算、云构建者和电信公司可以选择定制Arm CPU设计，并与少数剩余的高级处理芯片代工厂建立自己的关系。这完全是关乎IT组织控制他们自己命运的事情。

他们正在这么做，这也给英特尔和AMD一个机会。以下是Arm公司基础设施部门产品解决方案副总裁Dermot O'Driscoll在最近的Neoverse路线图中对目前针对云进行调整的服务器的竞争格局的评估:

白点是英特尔的“Ice Lake”Xeon SP，灰点是AMD的“Milan” Epyc 7003。正如你看到的，AWS和Alibaba不是在胡闹，Ampere Computing也不是，它的第一个pass Altra芯片有80个Neoverse N1内核。拥有128个内核的Altra Max将Ampere推向图表的右侧，可能比AMD Epyc 7003更靠右，随着今年晚些时候其自主开发的内核以及明年的rev，我们认为Ampere Computing将同时向上和向右推动。

O'Driscoll没有将这一点添加到2023年竞争格局图中，但他添加了英特尔的下一代“Sapphire Rapids”Xeon SP和AMD的下一代Epyc芯片。O'Driscoll的观点是Nvidia的“Grace”CPU在竞争格局中位于右上方，将成为明年要击败的芯片，因为我们认为AWS明年也很有可能推出Graviton4芯片。考虑到真实工作负载的单位性能成本比X86实例低30%到40%，难怪AWS云上前50名支出者中有48名使用Graviton。

如果英特尔和AMD不能在每个内核和每个插槽的水平上都提高性能，他们将不得不通过降价来参与竞争，并让云将降价传递给客户。我们不能保证后一种情况会发生，X86上的Windows Server和Linux是传统工作负载，每个云都希望为此收取额外费用。云没有任何动力来降低价格，尤其是那些正在打造自己的Arm服务器CPU的云。因此，基于云的X86成为新的大型机和新的Unix服务器，其定价随着时间的推移而锁定在曲线上。

这就把我们带到了RISC-V。有几个人可以称得上是“RISC之父”，研究员和发明家David Patterson就是其中之一，他是加州大学伯克利分校RISC项目的领导者，该项目还催生了开源的BSD Unix、Postgres数据库、Spark内存数据分析平台等等。Patterson也是RISC-V基金会董事会的副主席，该基金会控制着开源的RISC-V指令集，并在三年前将其总部迁至瑞士，以摆脱各国政府的无耻干涉。

如果把Arm的可授权技术与RISC/Unix的崛起类比，那么拥有开源指令集和逻辑块的RISC-V可能与Linux类似。Arm可能还将在数据中心、边缘和客户端设备中运行十年，但要小心RISC-V。十年后，我们可能会再次书写同样的故事，再加上一个历史性的浪潮。

参考链接：http://www.nextplatform.com/2022/09/22/arm-is-the-new-risc-unix-risc-v-is-the-new-arm/

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