云計(jì)算和邊緣計(jì)算這兩個(gè)詞是近幾年被電子行業(yè)提及頻次最高的詞，伴隨相關(guān)應(yīng)用逐步融入社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)處理便成為了行業(yè)首當(dāng)其沖的領(lǐng)域。

此前，騰訊宣布TARS微服務(wù)開(kāi)發(fā)框架已成功移植至Arm CPU架構(gòu);百度在其數(shù)據(jù)中心采用了基于Arm架構(gòu)的智能計(jì)算;亞馬遜AWS云在自己的云服務(wù)器上做了一個(gè)基于Arm架構(gòu)的自研項(xiàng)目……

事實(shí)上，Arm架構(gòu)服務(wù)器由于其高性能以及自身具備的低功耗素質(zhì)，已成為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的焦點(diǎn)。

9月23日，Arm宣布Neoverse新增Arm Neoverse V1平臺(tái)以及第二代的N系列平臺(tái)Neoverse N2，兩款新品使得Neoverse再度進(jìn)階，而新產(chǎn)品直指的目標(biāo)則是超級(jí)計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)中心。受邀參加此次新品發(fā)布的在線研討會(huì)，揭秘Neoverse處理器IP背后的發(fā)展。

01

翻倍，性能沖刺之路

首先，Arm新發(fā)布的這兩款Neoverse平臺(tái)究竟有多強(qiáng)？直接上數(shù)據(jù)。通過(guò)Arm給出的數(shù)據(jù)，相比去年推出的Neoverse N1，代號(hào)為“Zeus”的Neoverse V1比N1單線程性能提升50%，代號(hào)為“Perseus”的Neoverse N2在相同水平的功率和面積之下比N1單線程性能提升40%。

另外，會(huì)議上，Neoverse平臺(tái)的最新路線圖也一并被披露，圖示顯示Neoverse目前處于制程節(jié)點(diǎn)7/5nm上，支持PCle Gen5、DDR5、HBM2e和CCIX 1．1;至2021年將全面進(jìn)入5nm制程節(jié)點(diǎn)，支持HBM3、CCIX 2．0、CXL 2．0;至2022年將進(jìn)入5/3nm制程節(jié)點(diǎn)，支持CCIX next和CXL next。

值得一提的是，會(huì)議上，Arm承諾后續(xù)的Neoverse產(chǎn)品在2022年以后，每年也都會(huì)有30%的性能提升。Arm基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理Chris Bergey表示，這與Arm工程團(tuán)隊(duì)的努力和投入是分不開(kāi)的，另一方面，能夠保持穩(wěn)定的性能提升與Arm自身軟件生態(tài)的逐漸成熟有很大關(guān)系，例如很多云原生的軟件現(xiàn)在可以比較無(wú)縫運(yùn)行在Arm架構(gòu)上面。

圖1:Arm Neoverse最新技術(shù)發(fā)展路線圖

在核心和線程上，以云工作負(fù)載為例，可以看出Neoverse V1在96核96線程下?lián)碛袠O佳的處理能力，可以在核心數(shù)更少的情況下發(fā)揮更好的性能;Neoverse N2則可以多達(dá)128核128線程的設(shè)計(jì)，擁有極強(qiáng)的擴(kuò)展性，并在同樣的擴(kuò)展能力下?lián)碛斜萅1更強(qiáng)的性能。

圖2：云工作負(fù)載使用內(nèi)核數(shù)量

文行至此，可能大家并沒(méi)有感受到本次發(fā)布的Neoverse V1和N2的強(qiáng)大？那么從Neoverse從初版發(fā)布到現(xiàn)如今推出產(chǎn)品的歷史來(lái)看起。

Neoverse處理器IP首次亮相于2018年10月18日，同為Arm指令集的IP產(chǎn)品，不同于Cortex系列，Neoverse面向的是高性能計(jì)算市場(chǎng)。當(dāng)時(shí)Neoverse平臺(tái)產(chǎn)品中代號(hào)“Cosmos”的產(chǎn)品是基于16nm工藝，A72、A75核心的產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)公布的路線圖中，Arm提出了每年每代產(chǎn)品的30%的單線程性能提升，每一代提升30%也是Arm的“老傳統(tǒng)”。

圖3:2018年Arm公布的Neoverse發(fā)展路線圖

但時(shí)間推移到下一代產(chǎn)品發(fā)布時(shí)間2019年2月21日，Neoverse N1和E1平臺(tái)被公布出來(lái)后，一切預(yù)測(cè)都被推翻了。屬于7nm工藝時(shí)代的Neoverse N1相比A72的“Cosmos”單線程性能提升了60%，超出預(yù)計(jì)整整一倍，關(guān)鍵云端負(fù)載性能則提升了高達(dá)2．5倍。Neoverse E1作為低功耗和低面積的代表，也擁有不俗的實(shí)力，與Arm前幾代方案相比，吞吐量性能提升超過(guò)2．7倍，吞吐效率提升超2．4倍，計(jì)算性能提升超2倍。

圖4:2019年Arm公布的Neoverse發(fā)展路線圖

上文有提到，V1比N1單線程性能提升50%，N2比N1單線程性能提升40%，而這一切的基礎(chǔ)都是在N1超出前一代60%的基礎(chǔ)上完成的。換言之，也就是說(shuō)V1比“Cosmos”單線程性能出140%，N2比“Cosmos”單線程性能高出124%，超額兩倍完成了2018的初版路線規(guī)劃。

02

定位，面向不同市場(chǎng)

Neoverse平臺(tái)系列幾經(jīng)周折，現(xiàn)如今形成了三個(gè)定位，這種定位也與現(xiàn)今數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)相符合。另一方面，也與Arm的Cortex的最新定位相呼應(yīng)，即無(wú)視面積和功耗、純粹注重高性能的Cortex-X1、PPA（功率、性能、面積）最大化的Cortex-A78。

1、V系列：追求終極性能的系列產(chǎn)品，性能優(yōu)先于面積和功耗。擁有最高的帶寬和性能表現(xiàn)，以及最大的Buffers（緩沖區(qū)）、Caches（緩存）、Windows（窗口）和Queues（隊(duì)列），隨之而來(lái)的是最大的面積和功耗。

2、N系列：滿(mǎn)足橫向擴(kuò)展性能需求的系列產(chǎn)品，最大化PPA，即在性能、功耗和面積上保持平衡。擁有更強(qiáng)的擴(kuò)展性，更加平衡的性能，同樣面積或TDP下更多的核心數(shù)。因?yàn)橹С指嗟木€程，因此在橫跨云、智能網(wǎng)卡（SmartNICs）、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、邊緣設(shè)備上都擁有非常廣闊的應(yīng)用的場(chǎng)景。

3、E系列：低功耗小面積系列產(chǎn)品，面積和功耗優(yōu)先于性能。擁有更好的效率、吞吐量和線程數(shù)，當(dāng)然最重要的是在面積和功耗上擁有最好的優(yōu)化。另外，E1還支持同步多線程（SMT）技術(shù)，能夠提供網(wǎng)絡(luò)效果優(yōu)化。

圖5：三個(gè)系列不同的定位

市場(chǎng)方面，Chris Bergey告訴記者，V系列、N系列、E系列會(huì)根據(jù)合作伙伴和客戶(hù)對(duì)于功耗、性能和面積上不同需求進(jìn)行配置，假若客戶(hù)更看重線程，N系列便是首先，假若客戶(hù)需要高性能計(jì)算工作負(fù)載，V系列就能提供更大的價(jià)值。

值得一提的是，Neoverse V1和N2均支持可伸縮矢量擴(kuò)展（Scalable Vector Extensions， SVE），而SVE則可基于未知寬度向量單元的軟件編程模型，執(zhí)行單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）整數(shù)、bfloat16、浮點(diǎn)指令。另外，SVE還可確保軟件編碼的可移植性與使用壽命，同時(shí)兼顧高效的執(zhí)行。

利用SVE，半導(dǎo)體廠商可以對(duì)SVE電壓和頻率過(guò)渡實(shí)施控制，開(kāi)發(fā)者可以在窄矢量和寬矢量之間隨意混合代碼。

SiPearl公司營(yíng)銷(xiāo)副總裁Craig Prunty表示：“Neoverse路線圖上的SVE為HPC和ML帶來(lái)了巨大的潛力，我們非?？春眠@項(xiàng)技術(shù)對(duì)未來(lái)Arm生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。”

03

生態(tài)，軟硬件鑰匙

在硬件生態(tài)方面，支持重要的兩個(gè)技術(shù)便是CCIX（針對(duì)加速器的緩存一致性互聯(lián)）和CXL（開(kāi)放互聯(lián)技術(shù)）。CCIX主要用于跨芯片間互連，用于打造異構(gòu)封裝系統(tǒng)，支持完整緩存一致性;CXL則是基于PCle 5．0的規(guī)范，可讓CPU與GPU、FPGA等加速器更好地連接，帶來(lái)更好地帶寬和內(nèi)存一致性，簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)難度，降低系統(tǒng)成本。

當(dāng)然，異構(gòu)計(jì)算已逐漸成為現(xiàn)在數(shù)據(jù)發(fā)展的重要“根據(jù)地”，事實(shí)上，這也是生態(tài)中的一環(huán)。數(shù)據(jù)中心無(wú)論是存儲(chǔ)還是數(shù)據(jù)加速，整體趨勢(shì)是分布式的，這便對(duì)性能和功耗提出嚴(yán)苛的要求。Chris Bergey表示，Arm已看到很多異構(gòu)計(jì)算的產(chǎn)品與方案目前都開(kāi)始基于Arm的架構(gòu)，例如存儲(chǔ)控制器、智能網(wǎng)卡中用到的計(jì)算CPU。

在異構(gòu)計(jì)算方面，對(duì)于Arm來(lái)說(shuō)，如何提供緊耦合或是定制化的能力，甚至是通過(guò)多核封裝或多芯片組裝技術(shù)，將來(lái)自生態(tài)系統(tǒng)、IP技術(shù)與云廠商的需求與技術(shù)整合在一起，是很大的機(jī)遇。不論是基于FPGA、GPU、TPU單元的加速器，數(shù)據(jù)的移動(dòng)是必不可少的，Arm架構(gòu)的可擴(kuò)展性便是優(yōu)異的解決方案。

圖6:CCIX和CXL領(lǐng)導(dǎo)智能未來(lái)

在軟件生態(tài)方面，Chris Bergey為記者介紹，Arm將軟件分為兩種類(lèi)型，一是云原生的軟件，二是傳統(tǒng)的企業(yè)級(jí)軟件。云原生軟件是Arm一直以來(lái)重視的領(lǐng)域，在這個(gè)領(lǐng)域Arm現(xiàn)在是擁有最大的持續(xù)集成/持續(xù)交付（CI / CD）平臺(tái)的一等公民，并在大多數(shù)編程語(yǔ)言的生態(tài)環(huán)境中，Arm都扮演著核心角色，同時(shí)Arm也看到云原生技術(shù)在邊緣計(jì)算領(lǐng)域變得越來(lái)越重要，在這一領(lǐng)域我們推出了Project Cassini項(xiàng)目。

此外，隨著V-RAN、O-RAN等項(xiàng)目的崛起，云原生軟件也將成為5G未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分。 另一方面，傳統(tǒng)企業(yè)軟件領(lǐng)域出現(xiàn)了“軟件即服務(wù)”（SaaS）的發(fā)展趨勢(shì)。面對(duì)這一趨勢(shì)，由于在Arm架構(gòu)之上能夠創(chuàng)造非常有利的軟件即服務(wù)產(chǎn)品，因此很多獨(dú)立軟件開(kāi)發(fā)商（ISV）都對(duì)Arm表現(xiàn)出濃厚的興趣，紛紛投入Arm陣營(yíng)，在中國(guó)市場(chǎng)這一趨勢(shì)尤其顯著。

圖7:Arm支持的軟件生態(tài)

“Arm認(rèn)為軟件生態(tài)系統(tǒng)，特別在基礎(chǔ)設(shè)施這個(gè)市場(chǎng)上，是非常重要的?！?根據(jù)Chris Bergey的介紹，現(xiàn)如今，Arm處理器核在性能方面的優(yōu)勢(shì)，不僅獲得了美國(guó)的大型互聯(lián)網(wǎng)公司的認(rèn)可，在中國(guó)的大型互聯(lián)網(wǎng)公司以及廣大的軟件生態(tài)系統(tǒng)層面，也獲得了很多的進(jìn)展。另外，Arm也很樂(lè)于與國(guó)內(nèi)外廠商攜手，利用Neoverse N1和V1來(lái)幫助客戶(hù)交付相關(guān)項(xiàng)目。

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