在2017年年底，專注於數據存儲設備芯片的巨頭Marvell宣佈，以60億美元的價格收購Cavium。後者作為通信和網絡芯片專家，所提供的芯片和解決方案能夠與Marvell的產品緊密結合，為隨後幾年到來網絡和大數據時代提供覆蓋廣泛的基礎設施支持。
其中，Arm服務器芯片絕對是Marvell這單收購的一個不可忽視的重點。
眾所周知，過去多年裡，服務器就一直是Intel的“禁臠”，他們也憑藉在這個市場近乎壟斷的市場份額大掙特掙。有見於此，Arm在2008年就動了進軍這個市場的心。並在當年投資了一家名為Smooth Stone（後改名為Calxeda）的初創公司，自此開啟了服務器芯片領域的十數年征程。
按照行業專家Winnie Shao在其題為《Arm服務器芯片編年史》的文章中介紹，Arm服務器芯片在過去多年裡經歷了三波潮流，Marvell則是第一波Arm服務器浪潮的“倖存者”。早在2013年，他們就推出了其基於Arm定製內核研發的Armada XP四核系列。Cavium則是第二波浪潮的參與者，他們在2016年推出了其第一個ARMv8服務器處理器Thunder X。
現在，站在Cavium的肩膀上的Marvell推出了全新一代的Arm 服務器芯片Thunder X3，力爭成為第三波Arm服務器芯片潮流的勝利者。
Arm服務器芯片的最好時機
可以肯定的是，在現在X86生態如此成熟，Intel市場號召力如此強大的現狀下，Arm服務器芯片想在市場上站穩一席之地，絕不是一件輕而易舉的事情。過去多年裡那麼多參與者來來去去就是一個強有力的證明。
但在Marvell半導體公司副總裁及服務器處理器部總經理Gopal Hegde看來，現在Arm服務器芯片迎來了新的機遇。
首先從應用場景上看，Gopal Hegde指出，在十幾年前，數據中心還不是很熱門，很多應用的用戶相對較少。但現在，每個應用都有龐大的用戶，這就對服務器提出了更多的要求。“過去，因為技術不到位，只在一個線程上處理，並行的業務要求也不高。現在，除了強調單線程性能，還強調並行處理器能力，後者在今天尤其重要”，Gopal Hegde舉例說到。
他進一步指出，隨著服務器規模做的越來越大，大家對成本、功耗非常敏感，所以很多數據中心都需要成本最低的解決方案，這也是市場上推Arm這樣低功耗、低成本設計處理器感興趣的原因。
其次從架構需求上看。Gopal Hegde告訴記者，隨著GPU、異構計算架構不斷湧現，大家對Arm架構的服務器處理器的興趣也是越來越高。
“之前傳統的軟件有很多都是由第三方提供的，比如Oracle提供數據庫，但很多客戶沒有源代碼。但是今天不一樣，一些超大規模數據中心工作負載的應用都是有源代碼的，能夠很快的解決問題，而且還允許改變源代碼來改變程序來加速創新能力。這就給ARM服務器的引入帶來了方便，且能更輕鬆應對兼容的問題。”
第三，X86兩大巨頭的的現狀給Arm服務器芯片提供了一個機會。
按照Gopal Hegde所說，英特爾之所以能雄霸服務器芯片巨頭多年，其領先的晶圓製造能力是很重要的一部分。但進入最近幾年，他們在製造工藝上落後了。反觀Arm服務器芯片開發者的合作伙伴臺積電，則勇猛向前。拉開了與Intel的差距，帶給了Arm服務器機會。
至於AMD，雖然憑藉EPYC架構重返服務器市場，他們的ROME系列在推出以來，也受到了客戶的高度認可。但在和當前的Arm服務器芯片玩家相比，他們的架構帶來了延遲、帶寬和功耗等方面的先天硬傷。
“還有一點，X86架構擁有了數十年的歷史，它的CPU核紀要解決服務器市場問題，也要解決電腦市場的問題，這就使得架構本身在平衡兩邊需求的時候，有了一些限制。但是Arm服務器芯片的內核是專為服務器市場所設計的，因此在集成度和性能上都優於X86。這就是為什麼今天Arm服務器在這個市場上有很大優勢的原因”，Gopal Hegde補充說。
雖然Arm服務器有諸多的優勢，但正如Gopal Hegde所說，並不是每個市場他們都會涉足。例如在企業級市場就是Marvell不會進入的。“Arm服務器並沒有跟x86全線競爭”，Gopal Hegde強調。
他繼續指出，雖然未來很多企業會買很多服務器，但這個市場是戰略性的，且在這個市場，Arm服務器的生態並不如X86成熟的。在這，這個市場的成長性是比較慢的。為此Marvell抓的是生態成熟、而且成長非常快的HPC、雲和運和邊緣端的Arm原生應用這三個市場。
Marvell的底氣
為了迎接這個新時代的到來，Marvell已經做好了充分準備，而這一切都是基於他們前幾年的積累。在前面我們講到了Marvell（包括Cavium）在Arm服務器芯片的投入。這也幫助他們在其第二代Arm服務器芯片Thunder X2上取得了不錯的成績。
據Gopal Hegde介紹，Marvell現在已經在HPC和雲計算市場取得了比較不錯的成績，也獲得了包括包括 Microsoft Azure 、惠普、CRAY、Atos、勞倫斯·利弗莫爾(Lawrence Livermore)國家實驗室，桑迪亞(Sandia)國家實驗室，和橡樹嶺(Oak Ridge)國家實驗室等客戶的認可。
從Gopal Hegde的介紹我們得知，微軟希望將40%-50%的量遷移到Arm服務器上，他們內部也正為Microsoft Azure部署基於Marvell ThunderX2 服務器處理器的量產級服務器。
但Gopal Hegde也指出，微軟不一定會全全部選擇Marvell的方案，不過微軟公司 Microsoft Azure資深工程師Leendert van Doorn博士曾表示：“微軟Project Olympus雲硬件與Marvell ThunderX2服務器處理器的結合是一個里程碑。因為這提升了Azure雲基礎設施中 Arm64產品的開發能力，這將有助於推動平臺創新。而與Marvell和鴻佰科技的合作為我們的內部使用帶來了最完整、性能最強的Arm服務器解決方案”。
而為了推動Arm服務器芯片更好地應用，Marvell與超過100個合作伙伴建立打造生態，希望助力Arm服務器芯片快速成長。而新一代的Thunder X3則是他們為這個市場帶來的新一代“動力”。
據介紹，這是一顆使用臺積電7nm工藝打造的芯片，擁有96個內核，每個核心擁有四個線程，那就意味著他們每個插槽的總計算能力達到了384線程。“這是我們與其他競爭對手非常不同的一個點”，Gopal Hegde強調。他指出，X86競爭對手的一個核只有兩個線程，而其他Arm服務器芯片友商都只有一個線程，這就讓他們無論是在雲或者HPC應用上，都擁有其他競爭對手所不具備的優勢。
“在雲計算應用中，Thunder X3目標工作負載（如大數據、數據庫、流媒體、Web 層、彈性搜索和雲存儲）的本質上都是高度並行。那麼芯片本身每個核對4個超線程的支持，就能夠為此應用帶來顯著的性能提高。”，Gopal Hegde舉例說到。
而從Gopal Hegde提供的數據我們可以看到，Thunder X3的多線程也的確給他們帶來了多方面的提升和領先。
來到DDR 存儲方面，Thunder X還是延續了上一代的DDR4，內存接口支持 8 通道 DDR4-3200，每個通道可搭載 2 個 DIMM；在外部接口方面則升級到64個PCle 4.0，並搭載 了16個控制器，這就使得芯片擁有了更強的擴展能力；在浮點運算方面，Thunder X3每個核裡面搭載四個 128 位 SIMD (Neon) 單元，比上一代提升一倍，這對超算、AI和機器學習來說非常重要；此外，Thunder X3還支持單節點和雙節點配置，這都讓這個處理器增色不少。
據Gopal Hegde透露，ThunderX3 中微架構的改進使得 IPC 的整體性能較 ThunderX2 提高 25%。結合處理器頻率和 DDR 頻率的提升，單線程總體性能則較上一代提高了60%以上。在單顆處理器層面，相較於 ThunderX2，ThunderX3 的整數運算性能也提升 3 倍以上，浮點運算性能更是提升了 5 倍以上。
在介紹的過程中，Gopal Hegde特別強調了Marvell Thunder X3對Arm終端上原生Arm應用程序的支持。他指出，現在廠商開始逐漸把遊戲和應用放到服務器上，考慮到現在的終端基本都是一樣基於Arm芯片設計的，那就意味著X86在相關的支持上會有先天的缺陷，而這正是Arm服務器芯片所擅長的。
為了更好地服務這個市場的客戶，Marvell正在持續更新迭代產品，他表示，公司新一代的Thunder X處理器已經在研發當中，在差不多兩年的時間內我們就能看到產品的更新。而在談到下一代產品的發展的時候，他強調，公司會根據市場的發展需求提升芯片的規格。例如在chiplet方面，雖然現在Marvell沒有采用，但他表示，按照現在的發展，芯片性能提升必然會碰到瓶頸，屆時他們也會考慮轉到這上面來。
在沉寂了幾年之後，Arm服務器芯片終於在今年又一次熱鬧起來，除了Marvell外，Ampere Computing、華為和亞馬遜也都在近期推出了新產品，歐洲也有廠商開始進入這個市場。他們在相關市場的競爭也激烈了起來，再加上AMD Rome系列和Intel Cascade-Lake-SP的虎視眈眈。對於Marvell來說，這段征程並不會是坦途。
但從Gopal Hegde的言語看來，他們充滿了信心。
*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。
今天是《半導體行業觀察》為您分享的第2290期內容，歡迎關注。
★蘋果最具野心的芯片計劃
★195位高管眼裡的半導體機遇和挑戰
★中國臺灣半導體設備銷售年增68%背後
閃存｜華為｜封測｜藍牙｜比亞迪｜晶圓｜硅｜射頻｜臺積電
