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服务器CPU三大架构:x86地位是不是稳如磐石?
2023-12-05 来源:贤集网
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关键词:AMDARM芯片

知名分析机构Counterpoint发布了一份2022年服务器市场CPU的市场情况。

数据显示,2022年全球服务器CPU市场收入与2021年相比下滑了4.4%,这证明了2022年全球的服务器、数据中心等行情并不景气。

而从CPU的份额情况来看,intel独占70.77%排第一,但相比2021年的80.71%下跌了10个百分点。AMD排第二,份额为19.84%,提升了8个百分点。

而我们清楚INTEL和AMD均是X86架构的,意思就是2022年在服务器CPU市场,X86还是一家独大,占到了91%左右。

而第三名是亚马逊的AWS,占到3.16%左右,第四名是Ampere Computing,份额是1.52%,而不管是亚马逊AWS,还是Ampere Computing,这两家企业均是使用ARM芯片的。



另外其它类别占到了4.71%,而这其它类别中,有ARM架构,比如阿里也有自研的ARM架构,华为也有鲲鹏920等,也是ARM架构。

但与此同时,也有比如龙芯、申威等非ARM的架构,不过总体而言,ARM合计占到了8%左右,意思就是龙芯、申威,甚至国产的RISC-V芯片等等,在服务器CPU领域,份额其实不足1%,基本可以忽略。

这意味着什么,意味着在服务器市场,X86依然很牛,处于绝对的垄断地位,但ARM也不可忽视,毕竟达到8%了,并且这几年一直在提升,未来可能还会抢到更多的份额。


三大主流芯片架构

1、X86架构


X86架构(The X86 architecture)是微处理器执行的计算机语言指令集,指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合。

X86指令集是美国Intel公司为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的,美国IBM公司1981年推出的世界第一台PC机中的CPU–i8088(i8086简化版)使用的也是X86指令。Intel后续在X86功能上不断研发和完善,一直沿用至今。

X86是目前占有市场成分极高的架构,基本所有的PC和笔记本电脑都需要使用到,主要占据PC和服务器市场。一些公司一直采用X86架构研发产品,例如巨头英特尔,超微(AMD)、威盛等企业。其中x86架构中英特尔和AMD是霸主地位。

由于X86不断更新,出现内部淘汰,导致很多厂商被啃食,像联电、Cyrix、IDT/Centaur、RISE、全美达(Transmeta)等企业,这些都是早期被淘汰的企业。

目前国内做的比较好的企业兆芯,早期,购买了大量原属于VIA的中央处理器等,花费了大量的知识费用,并获得了X86指令集授权,可以生产X86芯片。后续自主研发X86处理器,例如这款兆芯开先KX-6000系列国产x86处理器。


2、ARM架构

ARM架构,曾称进阶精简指令集机器(Advanced RISCMachine)更早称作Acorn RISC Machine,是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构。还有基于ARM设计的派生产品,重要产品包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

ARM家族占比所有32位嵌入式处理器的75%,成为占全世界最多数的32位架构。

ARM处理器广泛使用在嵌入式系统设计、移动通讯领域、消费性电子产品,例如例如智能手机、平板电脑、机顶盒、数字电视、路由器和监控SoC芯片,甚至导弹的弹载计算机等军用设施。

2008年,大幅翻新Arm架构,自ARM7/9/11改成Cortex-A、M、R三线,Cortex-A走向CPU;Cortex-M走向MCU领域;而Cortex-R是运算功能的MCU,一般使用在车用、工控处理器。

ARM架构功能不断提升,但还是不及X86,不过,在市场占有方面,还是有突破的,ARM架构产品在短短两年内的市场份额增长了近9倍。而高通是ARM最大的客户之一,这对于X86来说,还是有一定的威胁度,毕竟市场就那么大。

ARM架构的产品具有系统稳定性高、产品体积小、电源成本低等优势。基于ARM架构的芯片低功耗长续航,更吻合市场需求,市场反响较好。后广泛应用笔记本市场,例如占据大头的苹果。



3、RISC-V架构

RISC-V是一种指令集,一般被念做:risk five。V,即罗马数字5。该指令集是RISC系列指令集的第五代产品。也泛指RISC-V指令集及其衍生出来的一系列生态。而RISC-V指令集,类似于INTEL的X86 ,ARM指令集,是一个被CPU读取到内存后,指导计算机运行的指令集合。

CPU指令集有两种架构:CISC与RISC,目前大部分公司还是很认可RISC-V架构,特别是中国,大力支持。

RISC-V诞生于2007年,创始人SiFive。到目前为主积累了较多厂商,包含高通和SK海力士、NXP、阿里巴巴和华为等多个半导体公司,其中高通也参与了RISC-V架构的投资,这也意味着未来的高通不完全依赖于ARM架构。

RISC-V发展迅速,应用领域不断扩大。

中国市场应用广泛的是穿戴设备类,还有一些应用在内核和芯片上,如CPU IP核,SoC芯片的应用,西部数据设计的SSD和HDD控制器,内核是SweRV Core,中科蓝芯开发的蓝牙耳机芯片,南京沁恒电子的蓝牙MCU、32位通用MCU和高速接口的MCU,它们的内核都是RISC-V。

近些年,RISC-V进军汽车产业,例如英特尔在CES 2022上推出了专为自动驾驶打造的EyeQ Ultra系统集成芯片 Mobileye EyeQ Ultra,其中就有12个RISC-V内核。

不仅是中国还有头部企业,也在蜂拥上车RISC-V架构市场。相对而言中国是一个新兴市场,特别是国内芯片市场较为景气,涌现大批初创企业,并且这些企业开始采用RISC-V架构。但即使RISC-V架构被广泛使用,但还得增强RISC-V架构适配性和稳定性,往各个纵深的方向去发展。


Arm架构显现追赶之势

耕耘多年后,基于Arm架构的CPU在服务器市场迎来了大幅增长,被众多客户喜欢并采用。

超大规模云服务商如亚马逊云服务 (AWS)、阿里巴巴、微软等自研CPU,都选择和Arm合作,这是为什么?

“答案非常简单,通过和Arm合作,他们能够根据自己的用例和基础设施来打造并优化解决方案。”Arm高级副总裁兼基础设施事业部总经理Mohamed Awad在2023 Arm Tech Symposia年度技术大会上表示。

今年八月,Arm推出了Arm Neoverse计算子系统 (CSS),促使Arm生态系统通过更低的成本、更少的风险以及更短的时间,打造出专用芯片。

Arm CSS的第一代产品Arm Neoverse CSS N2集成了Neoverse N2 平台,并通过验证配置且优化了功耗、性能与面积 (PPA)。

“通过Neoverse CSS能够帮助我们的合作伙伴进一步降低投资,加速整个生态系统对我们解决方案的可访问性,同时加速合作伙伴产品的上市时间。”Mohamed Awad表示。

雷峰网了解到,有Arm的客户通过使用Neoverse CSS,节省了长达80人/年的工程师时间。还有客户用了Neoverse CSS,项目从概念到流片仅用了13个月。

微软近期发布的Cobalt 100 CPU,也是基于Neoverse CSS。

“Arm Neoverse 在中国市场,特别是基础设施领域,有很多客户,过去三、四年发展也非常强劲。”Arm 中国区业务全球副总裁邹挺说,“Arm 也积极参与数据中心、云计算等本土的生态、开源软件社区,包括龙蜥社区等,帮助这些社区能更好地融入Arm全球生态系统中。”

Mohamed Awad也强调,中国是Arm非常重要的市场之一,中国合作伙伴基于Arm架构芯片的总出货量已累计达300亿颗,Arm在中国有近400家技术授权客户,这个数字每个月还在不断攀升。

Arm全球的生态也是满足客户差异化需求的关键所在,在Neoverse CSS 的基础之上,Arm推出了全面设计 (Arm Total Design) ,进一步结合生态系统的力量,简化定制芯片的开发流程,并且让交付变得更加容易、便捷。

Arm全面设计的推出,让ASIC 设计公司可以快速启动设计项目,并随时可将其设计方案提供给所需的客户;IP 供应商可以针对Neoverse CSS,进行预先集成、预先验证和预先优化高级IP;EDA合作伙伴可以无缝支持最先进的工具和流程,简化SoC设计;商业固件解决方案可早于芯片流片之前便开始开发;与此同时,Neoverse CSS的设计将经过专门优化,充分发挥领先的工艺节点的优势。

显然,在基础设施追求差异化的时代,Arm Neoverse CSS和Arm全面设计是当下满足差异化需求的最佳选择。


RISC-V未来有望“三分天下”

众所周知,RISC-V架构具有开放、灵活、模块化的特点,特别适合AIoT碎片化、差异化的市场需求。



对此,安信证券指出,智能物联网的下游应用领域极度碎片化,无需大生态的搭建,生态丰富的x86和ARM架构无明显优势。同时,物联网的严重碎片化、差异化导致了极高的成本敏感性,低成本、定制化的RISC-V架构优势尽显。一旦RISC-V能够成为AIoT时代的主流架构,其发展空间巨大。

事实上,截至2022年7月,RISC-V基金会就指出RISC-V架构芯片出货量已突破100亿颗,仅用12年就走完了传统架构30年的发展历程,另据Counterpoint Research预测,到2025年RISC-V架构芯片预计将突破800亿颗,年复合增长率高达114.9%,届时,RISC-V的商业化价值将更加凸显。

需要说明的是,除了物联网外,RISC-V的另一大“用武之地”在汽车市场。德勤的数据显示,仅在2020年,就有高达400万颗基于RISC-V架构的芯片被用于汽车市场,预计到2025年更将增加到29亿颗。

未来,在数据中心及高性能计算等领域,RISC-V也将尝试进入,甚至有的厂商已经推出了相关的芯片和解决方案。欲实现“三分天下”,自主可控与生态仍面临挑战。如上所述,尽管RISC-V应用前景广阔,甚至有业内人士认为,其有可能与现在的x86与ARM呈“三分天下有其一”的态势,尤其是对于中国的芯片产业,更是突破封锁、实现自主可控的最佳技术选择。



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