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解讀AMD Intel和ARM在服務器CPU上的廝殺

2017-02-14

來聊一聊通用的“巨無霸”型CPU——服務器CPU。服務器CPU,顧名思義,就是在服務器上使用的CPU。

眾所周知,服務器是網絡中的重要設備,要接受少至幾人、幾十人,或者多至成千上萬人的訪問,因此,對服務器具有大數據量的快速吞吐、超強的穩定性、長時間運行等嚴格要求。作為計算機“大腦”的CPU,是衡量服務器性能的首要指標。

關于服務器的CPU類型的區分,早期延續了指令系統的方法,通常分為CISC型CPU和RISC型CPU兩類,后來又出現了一種64位的 VLIW(Very Long Instruction Word超長指令集架構)指令系統的CPU。

目前,在中高檔服務器中采用RISC指令的CPU主要有以下幾類:

(1)PowerPC處理器;

(2)SPARC處理器;

(3)PA-RISC處理器;

(4)MIPS處理器;

(5)Alpha處理器;

關于CISC和RISC的定義及區分,詳見前文,這里只對CISC和VLIW,做一下對比,見下表。

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關于IA-64的兼容問題,Intel也是煞費苦心。初期Intel為了IA-64處理器能夠更好地運行兩個朝代的軟件,它在IA-64處理器上(Itanium、Itanium2 ……)引入了x86-to-IA-64的解碼器,這樣就能夠把x86指令翻譯為IA-64指令。這個解碼器并不是最有效率的解碼器,也不是運行x86代碼的最好途徑(最好的途徑是直接在x86處理器上運行x86代碼),因此Itanium 和Itanium2在運行x86應用程序時候的性能非常糟糕。這也成為X86-64產生的根本原因。

最后值得注意的一點,雖然CPU是決定服務器性能最重要的因素之一,但是如果沒有其他配件的支持和配合,CPU也不能發揮出它應有的性能。

那么問題來了,同為CPU,服務的CPU和普通的CPU有哪些不同呢?

1. 服務器CPU與普通CPU的PK

沒有對比就沒有傷害,請看下面的實例:

一臺普通的P4 3.0 和一臺DELL服務器的3.0 內存都是2G,主頻相同、內存相同,它們的差異在哪里?

答案是整體性能的表現不同,因為服務器CPU設計要求與前者不同,相關要求及參數如下表:

服務器CPU與普通CPU的設計要求對比表

解讀AMD、Intel和ARM在服務器CPU上的廝殺

上表只是設計的理念上的不同,那么二者在現實中的差異如何呢?

根據應用的不同,兩者的差別很大,關于這一點,有一個形象的比喻:PC就相當于什么都會的門診醫生,但是醫術不是那么精湛,而服務器就應該是某個方面的專家了,處理能力越出眾,它“專”的就越厲害。

關于這個“專”字的理解,可以從硬件和軟件兩方面來看。

首先從硬件上看,詳細的數據如下:

服務器CPU與普通CPU的硬件參數對比表

解讀AMD、Intel和ARM在服務器CPU上的廝殺

接下來說說軟件,軟件就主要指操作系統,比如熟悉的NT,2000 SERVER,2003 SERVER,LINUX,SOLRAIS和UNIX等等,都是專門針對服務器設計的。

不過,CPU的性能主要靠主板和內存才能完全發揮出來,因此服務器CPU與普通CPU不要混用,這是由于先天性的設計特點,很多家用電腦的主板是不適合服務器CPU使用的,即使可以用,很多時候也無法保證發揮出其性能優勢。畢竟尺有所短寸有所長,兩者定位與設計不同。

2. AMD、Intel和ARM在微服務器市場的廝殺

目前,全球領先的微服務器CPU生產廠商有三大巨頭,分別是AMD、Intel和ARM,它們各自在服務器處理器領域的突出貢獻,那么到底誰稱得上是這個行業的第一呢?

看到這里,讀者也許會提出疑問:關于服務器的CPU,為什么不提IBM呢?

這里不回答,看看前文就知道了。

(1)三大巨頭的技術PK之路

下面,擺事實,列數據,請看上述三大巨頭在服務器方面的發展簡歷:

芯片廠商在服務器CPU方面的技術發展歷程

解讀AMD、Intel和ARM在服務器CPU上的廝殺

從以上的服務器CPU發展歷程,可以清晰的看到,長期以來,服務器處理器領域都是Intel和AMD二分天下,從普通的PC機到服務器,他們一直是“最佳”競爭對手。但隨著服務器的不斷發展,低功耗,高性能的微服務器逐漸成為新的發展方向,作為后起之秀的ARM服務器處理器,大有后來者居上的趨勢。ARM架構相比Intel的X86架構也有其優勢,那就是功耗相比后者要低的多,而能耗正成為數據中心的一大成本,低功耗的特點讓ARM架構在數據中心中具有很強的競爭優勢。

不過Intel和AMD都在向微處理器領域發展。

早在2012年底,Intel發布了最新的Atom S系列的服務器芯片,此次發布的Atom S1200處理器中,功耗最低只有6W。Intel表示,采用該芯片,設備制造商可設計出高密度、低功耗的微型服務器產品,應用在網站代管、內容服務,或是網站前端服務器上,或是應用在需要大量部署服務器,需要高密度服務器節點、降低耗電量的數據中心。

解讀AMD、Intel和ARM在服務器CPU上的廝殺

Atom S1200系列處理器

2013年9月,Intel推出低功耗Atom服務器芯片——代號“Avoton”,作為Atom C2000產品家族中的一員,Avoton芯片將主要應用于高密度服務器。而作為第一代Atom S1200代號“Centerton”服務器芯片的后續產品,相比此前的架構有了重大的改進。

此后,各大廠商紛紛應對,向Intel的低功耗服務器CPU發起挑戰,最“激動”的莫過于老對手AMD。2016年1月,AMD新的Seattle服務器芯片開始出貨,它是該公司的第一款ARM架構處理器, AMD希望用ARM架構服務器處理器挑戰Intel的統治地位。

解讀AMD、Intel和ARM在服務器CPU上的廝殺

AMD的第一款ARM架構服務器CPU

(2)三大CPU廠商的優勢對比

如今在處理器市場,三家可謂都如坐針氈,一個是想進入企業級領域的新興ARM,另兩個是一直的統治者,三者之間的關系錯綜復雜,但是他們的競爭是不可避免的,但有競爭就有失敗,下面分三個方面來看一下各自的優缺點。

硬件支持

硬件支持是一個處理器成功非常重要的條件,英特爾和AMD在企業級處理器方面有很多合作伙伴,而ARM雖然發展勢頭正猛,但是其在企業級領域方面并沒有經驗,其缺少與OEM廠商或ODM廠商,但其在去年拉攏了AMD也許對ARM會有所幫助。

軟件支持

軟件對處理器同樣非常重要,這方面跟硬件方面的情況差不多,ARM在軟件方面支持缺少相應的廠商,其支持者主要是開源方面的一些廠商,但是英特爾和AMD在這方面已經非常完善。

經驗

ARM在處理器市場也有著非常多的經驗,而且其特殊的商業模式讓其在市場上的合作伙伴非常多,但是在面對市場競爭方面,顯然英特爾更有經驗,而且英特爾可以說屢戰屢勝。AMD則要稍遜。

3. 國產CPU當自強

在低功耗CPU處理器方面,中國也不甘示弱,取得了令世界矚目的成績。

2016年6月,華為采用自主架構的ARM架構服務器芯片已經研發成功,被命名為TAISHAN ARM服務器芯片,這意味著其在服務器芯片市場終于要大干一場。

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華為TAISHAN ARM服務器芯片

2016年8月23日,由中國天津飛騰信息技術有限公司設計的一款代號為FT-2000/64的64核中央處理器及其服務器樣機,在硅谷舉行的一場國際研討會上首次公開亮相,連續3天的展示吸引了國際同行關注。

FT-2000/64處理器采用“進階精簡指令集機器”(ARM)架構,兼容64位指令集,集成64個飛騰公司自主設計的處理器核心,核心頻率2.0千兆赫茲,浮點運算的峰值速度為每秒5120億次。

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FT-2000/64服務器CPU

FT2000,它最早亮相于2015年的HotChips大會,代號“火星”,定位于高性能服務器、行業業務主機等。火星處理器采用28納米生產工藝,主頻為1.5GHz~2.0GHz,功耗100W~120W。

FT2000之所以引人注目還因為在性能方面,其公布的Spec 2006測試中,成績為整數672,浮點585,足以和Xeon E5-2699v3相媲美,這也是國產服務器芯片第一次在性能上追平Intel。

又是一場關于CPU的混戰,那么服務器類CPU將來的發展如何?誰將成為服務器CPU的霸主?一切交給時間吧。

 

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