Arm服务器芯片激荡十五年
算力多元时代，为不同架构的服务器芯片提供了更加广阔的发展机遇。近两年，国内RISC-V服务器芯片创业热，涌现出蓝芯算力、进迭时空、超睿科技等一批代表性企业。2009年Arm宣布进军服务器市场起，到今年已是第15个年头，从早期的高开低走，中期的巨头入局，到如今的快速增长，成为X86之外的最主要架构，过程跌宕起伏。中国是Arm服务器芯片产业重要的推动者和受益者，回顾这风云激荡的15年，有助于把握服务器架构发展变革的脉络，为国内技术创新发展和产业生态建设提供借鉴及参考，同时，也为未来发展的黄金十年带来更多期许。2011-2016：粉墨登场，高开低走2008年，芯片出货量突破100亿片，在手机市场风头正劲的Arm开始酝酿服务器芯片计划。相伴而生的是手机App产生的大数据催生云计算时代初露峥嵘，数据中心开始面临能耗挑战，行业迫切需要找到一种能以较低的功耗来处理大量并行化、轻量化负载的解决方案，而Arm架构所具备的多内核、高并行、低功耗的特性恰好能够满足数据中心的这种新需求。2011年，Arm推出旗下首款64位v8架构，实现了高性能与节能核心相结合，由此开启Arm服务器芯片的第一波发展浪潮。2012年，AMD推出首颗基于Arm架构的64位服务器芯片，成为Arm服务器芯片的重要里程碑。随后的几年间，Calxeda、AMCC、博通、Cavium、高通、三星、NVIDIA等众多芯片设计企业都相继推出基于Arm架构服务器芯片计划，行情水涨船高。当时一些乐观的预测认为，到2019年，Arm服务器芯片出货量将占到总体市场的20%~25%。高开之后就是低走。2013年底，先锋创企Calexda因资金问题率先倒下。2016年，AMCC将Arm服务器业务剥离。AMD低调放弃Arm服务器，战略重心重回X86与GPU。博通被安华高收购后，终止了Arm服务器项目Vulcan。2017年，高通为准备被博通的收购计划优化财务数据终止Arm服务器芯片Centriq。尽管从技术和商业逻辑上看，Arm服务器芯片当时有相当充分的存在理由，也不断有芯片设计企业在尝试通过Arm架构开发服务器芯片产品，但遗憾的是，这些努力最终在市场上并未取得预想的成功。Arm能够在手机领域快速发展，得益于苹果和谷歌两大顶级巨头的助力，苹果是其直接客户，谷歌则为Arm其它的直接客户铺平了安卓软件生态。对比移动终端市场生态，数据中心服务器市场的玩家完全不同，只有芯片公司推不动，要有超级用户和系统商下场才能改变局面。2017-2022：巨头入场，扭转时局2017年，服务器行业的大佬们陆续入场了。2017年，英特尔前总裁，数据中心业务负责人Rene James创办了Ampere, 获得了数据库与云计算巨头Oracle的重度战略投资，一副“你能做，我要用”的闭环架势。2018年，Amazon发布Graviton芯片并部署在自家AWS，开创Arm服务器规模部署的新局面。此后Graviton系列每两年更新一代，目前已经发展到Graviton 四代，占据AWS部署的比例快速攀升。谷歌、微软等近年来也相继高调宣布了自研Arm架构服务器CPU的部署计划，提升云服务的能效比与TCO应对AWS的优势。2019年初，华为宣布推出业界最高性能Arm架构服务器芯片——鲲鹏920（Kunpeng 920），以及基于鲲鹏920的三款TaiShan服务器、华为云服务，刷新计算性能新纪录。阿里云也加入Arm服务器造芯行列，2021年，阿里旗下平头哥首颗ARM架构服务器芯片倚天710发布，并表示将快速在阿里云部署。短短几年，随着云服务厂商和系统厂商的入局，电信运营商以及行业用户不断加大Arm服务器采购比例。 Arm架构服务器CPU开始显现出高增长趋势，据统计市场规模平均年复合增长率超过20%。超级用户亲身下场是决定性因素，软件生态、供应链上下游的多角色合力推进，促成了Arm服务器芯片的真正落地与快速发展。同时，Arm架构服务器的优势开始显现于放大。一是随着数据中心规模的不断提升，占地与体积、能耗与运维意味着更多的资金投入。TCO成为重要的衡量指标。Arm架构服务器在能效比上具有优势。二是软件生态环境日臻完善。Arm过去15年的持续推动，联合包括软件公司、芯片公司、器件供应商与整机厂商、云计算厂商等众多产业链合作伙伴，整合软硬件的适配，降低采购与部署难度。三是英特尔在进入14nm之后制程工艺迭代节奏明显放缓。2019年后Arm服务器芯片伙伴基于台积电7nm工艺量产，目前的设计已经发展到5纳米和3纳米工艺，制程上反而领先了英特尔。这意味着Arm服务器CPU在功耗和成本上的优势将进一步凸显。Arm服务器生态日臻成熟，加上国产化大背景，2020-2021年间，国内Arm服务器芯片设计初创企业陆续涌现。例如采用Arm Neoverse-N系列CPU核设计和销售服务器芯片的遇贤微、鸿钧微、启灵芯，相继完成数轮数亿元级的融资。2023年进入大众视线的博瑞晶芯，基于ARM架构授权开发自研CPU核以及大额融资颇受市场关注。2023-2032：收获时节，瓜落谁家纵观全球Arm服务器芯片设计企业的特征，大致可以分为三大类别。一是超大规模云服务厂商与系统设备厂商，他们根据自营数据中心或整机方案来设计芯片并优化软硬件解决方案，为自身的业务垂直化降低成本、构建稳定的供应链，并且试图形成对终端用户可见的差异化竞争力。他们本身不对外销售芯片或主板，只提供云服务或整机，服务于自身垂直业务的需求。二是如Ampere、博瑞晶芯等通过架构级别的自研创新实现竞争力的独立厂商，该模式对技术能力和资金需求都具备较高的门槛，能够实现更好的产品差异化水平，同时利用Arm生态便利性，满足基础设施领域的灵活适配性要求和定制化能力。第三种是通过购买Arm公版Neoverse-N系列CPU核与总线互联CMN、自己聚焦SoC集成的芯片厂商，对初创公司以这种模式起步容易，但因高度依赖Arm公版从而缺乏设计灵活性与深度优化手段，在一定程度上也可满足行业客户的SoC层级微小差异定制化需要。十五年起起伏伏，终于迎来了确定性。随着产业生态的完善，自研创新向纵深挺进，Arm服务器产业将迈入收获期。从海外看，Arm服务器芯片的核数，性能、能效正被不断推向新的高度。2023年5月，Ampere推出全新的AmpereOne系列处理器，基于5nm工艺节点自研内核，拥有多达192个单线程Ampere核，内核数量为业界最高。11月，Amazon发布自研96核Graviton 4 数据中心处理器；微软宣布部署定制128核Arm服务器芯片Microsoft Azure Cobalt……2023年行业企业的设备招标文件显示国产Arm服务器的采购量增长显著。国内市场，飞腾、鲲鹏等已耕耘多年，国内2020/2021期间成立的初创公司将陆续投片或提供芯片。据悉，博瑞晶芯的第一代产品预计在今年下半年公布，并计划在接下来每两年更新一代。其芯片设计将从底层能力构建差异化，包括在多核数和主频上有较大的提升，以及CPU核、总线互联技术自研，低功耗方案设计等，有望给客户提供更高能效比的灵活设计方案，同时通过自研核有助高端芯片设计走出一条国产化的特色之路。机构预测到2030年，Arm架构服务器全球占比将会达到30%，中国的比列将会高于全球。在数字经济、数字化转型的浪潮中，有力支撑起国产算力的底座。编 辑：路金娣
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