1822
作者：畅秋
一直以来，服务器和数据中心CPU市场都是x86的天下，代表厂商则是英特尔，该公司长期占据着该市场90%以上的份额。近些年，情况有所改变，特别是AMD的崛起，在三、四年的时间内，蚕食了不少原本属于英特尔的市场份额，与此同时，基于Arm架构的CPU也在向x86发动进攻，无论是在PC，还是在服务器市场，都表现出了良好的发展潜力。
四年前，AMD在PC用CPU市场的快速崛起成为了当时芯片业现象级的事件，也就是从那时起，该公司开始了对英特尔PC处理器市场的蚕食操作，目前，已经占到了该市场27%的份额，表现非常抢眼。然而，在四年前的服务器市场，AMD对英特尔几乎没有威胁，后者依然牢牢地掌握着当时95%左右的市场份额。四年后的今天，情况有了很大不同，AMD在服务器CPU市场令英特尔坐立不安。
AMD强攻
据Mercury Research统计，2022年第一季度，全球服务器CPU出货量下降，但AMD继续保持三年来的季度份额增长态势，AMD的EPYC已经在某些应用市场对英特尔的Xeon D造成了沉重打击。英特尔方面，该公司近期正在向一些客户发货新品Sapphire Rapids Xeons，但其市场份额依然在被AMD蚕食，具体如下图所示，AMD的市场份额一直在稳步增长，截至今年第一季度，已经达到11.6%。
DigiTimes最新的研究报告显示，在服务器市场，AMD处理器的出货量在2023和2024年都将持续上升。目前，该公司平台在数据中心、HPC和云端服务器市场的渗透非常成功，预计2024年将占据近18%的市场份额，高于2020年的10.1%和2023年的16.3%。
相比于竞争对手的产品，AMD EPYC处理器拥有更多的内核数量，可以提供更好的vCPU服务，对于运营商来说更具有吸引力。据供应链的消息人士预计，微软和谷歌等都打算在未来几年扩大采用AMD的产品，收购赛灵思（Xilinx）也使得AMD在边缘服务器和FPGA市场更具竞争力。
基于已经取得的成绩，AMD还在持续发力EPYC处理器。当下，AMD正在向服务器市场力推EPYC Milan和 Milan-X，从2023年开始，将推出第四代EPYC Genoa、EPYC Genoa-X处理器（基于Zen 4微架构），还会有基于Zen 4c架构的Bergamo，Genoa最多拥有96个内核，Bergamo最多拥有128个内核，预计都会在2023年推出。之后，还将推出带有3D垂直缓存（3D V-Cache）、边缘计算能力的EPYC Siena，主要用于拓展电信和边缘计算市场。另外，该公司还将推出第一个数据中心APU。
另外，AMD第五代EPYC“都灵”系列将于2024年上市，“都灵”将采用4nm和3nm制程，也带有3D V-Cache，并将进行更高水平的云优化。
这里着重介绍一下Zen 4c内核，它在概念上类似于基于Arm或x86架构的其它芯片中的效率内核（e-core）。这些“c”内核比将在Genoa首次亮相的标准Zen 4内核小，因为它消减了某些不必要的功能以提高计算密度，这些芯片具有密度优化的缓存层次结构，以增加内核数量，从而满足需要更高线程密度的云工作负载。Zen 'c'内核支持完整的Zen 4 ISA，与英特尔的Alder Lake类似，AMD不会禁用AVX等功能。
AMD还将推出第一个数据中心APU，即采用5nm制程工艺的Instinct MI300，它的最大特点是将在同一芯片上集成CPU和GPU内核，要做到这一点，需要使用该公司第四代Infinity Fabric互联技术，将Zen 4 CPU内核、CDNA 3 GPU内核与一致的内存接口等Chiplet连接在一起。
Arm跟进
长期以来，惠普、AMD、博通、高通等美国企业都曾发布过基于Arm架构的服务器CPU，但全都折戟沉沙。但近些年，情况发生了变化，随着架构、技术更新，Arm服务器生态逐步完善，开始进入良性发展期。
x86架构CPU的最大劣势在于，其并非专为数据中心设计。从设计初衷、应用场景而言，x86芯片过去主要用于移动端或非云端业务，在过去20年用于数据中心和云端业务，主要原因是客户除了x86芯片外没有更好的选择。
近几年，基于Arm架构的服务器出货量持续提升，预计到2024年有望占总市场份额的10%，而2020年是3%。在这一波增长中，亚马逊和英伟达是主要推动者。亚马逊针对边缘服务器应用推出了基于Arm架构CPU的Outposts混合云系统，以扩大其企业云服务业务；英伟达的Grace系列CPU，通过整合GPU和DPU，将目标锁定在HPC和AI服务器市场。
当然，推动Arm服务器CPU发展的不止以上这两家，还有多家厂商在发力，例如：日本“Fugaku”超级计算机中的富士通A64FX，亚马逊网络服务的Graviton系列，以及Ampere Computing的Altra和Altra Max系列处理器。另外，SiPearl，华为海思和飞腾也在持续输出Arm服务器CPU产品。
与x86架构相比，Arm的最大优势就是低功耗，这一点，特别适用于方兴未艾的边缘计算市场，因为边缘计算场景的高强度推理运算严重受限于功率配额。以苹果的M系列Arm处理器为例，它只需要同等级别x86芯片几分之一的功耗，就能提供与之相当的性能。此外，新创公司Ampere的产品也非常有特色，该公司已在云计算和边缘计算应用领域取得了初步成功，据悉，Cloudflare去年在其边缘数据中心内淘汰了AMD的第二代EPYC处理器，转而使用Ampere的Altra芯片，Cloudflare称，这些芯片的每瓦性能比AMD的高出57%。
作为行业巨头，英伟达也非常关注边缘计算市场，不只有Grace CPU，该公司还向边缘和嵌入式AI应用系统集成商开放了其Jetson AGX Orin平台，该平台采用Ampere系列GPU（这里的Ampere是产品名称，不是前文提到的Ampere公司）和12核Arm Cortex-A78AE芯片。
预计有几家系统供应商将在2023年推出使用英伟达Grace Superchip（基于Arm架构）的产品，Grace Superchip结合了两个Grace CPU，以及 Grace-Hopper Superchip，它将一个 Grace CPU 和一个 Hopper GPU 结合在了一起。
Arm架构CPU出现了较好的发展势头，然而，与英特尔、AMD等x86系巨头相比，其生态系统建设还有很长的路要走。在性能上，英特尔的服务器芯片价格从数百美元至上万美元不等，差异很大，Arm阵营完全可以从低端切入，但在生态方面，有着几十年积累的x86阵营已经很完善，服务器端的软件、开发工具、API远胜Arm阵营，这些是Arm今后要重点下注的。
与服务器应用相比，Arm在PC市场的表现更加亮眼，这可以为其在服务器市场的发展带来更多信心。Arm在PC领域的发展主要由苹果公司推动，包括Chromebook和苹果基于M1的Mac，已经获得了市场和广大消费者的认可，蚕食了不少x86架构CPU的份额。
英特尔应战
面对同为x86系的AMD，以及Arm系众多厂商的“联合”进攻，服务器CPU霸主英特尔也在积极应对，除了推出新产品之外，该公司在未来服务器CPU发展上也做了更有针对性的规划。
新产品方面，比较受关注的是今年2月英特尔发布了Xeon-D 1700与2700系列处理器，集成了20个内核，采用该公司已成熟量产的10nm制程工艺。
对手步步紧逼，使得英特尔必须改变以前处于绝对霸主地位时那种“以我为主”的状态，开始重视客户的声音和反馈。并且已经意识到：仅在x86 CPU上进行通用计算的时代已经结束，也正是因为如此，AMD以490亿美元的价格收购了FPGA制造商Xilinx，此后不久又以19亿美元收购了DPU制造商Pensando。实际上，英特尔在这方面的行动更早，该公司在2017年就收购了当时全球排名第二的FPGA厂商Altera，目的就是为其服务器CPU添加一双FPGA翅膀，之后还收购了神经网络处理器厂商Nervana Systems和Habana Labs。但从收购后运转的实际情况来看，效果似乎并不明显，反倒是那之后，主要竞争对手AMD和英伟达发展得风生水起。
总结经验和教训之后，近几年，英特尔在原有CPU+FPGA的基础上，向更深层异构计算方向挖掘发展潜力，提出了IPU，它将CPU、FPGA、GPU、AI等功能充分整合，以满足市场和客户的多维度需求，同时也开启了对竞争敌手AMD和英伟达的反击。未来，这三大服务器处理器厂商必将在异构计算方面有一场殊死搏斗。
对于与Arm的竞争，除了以上策略，英特尔还在布局新兴CPU架构RISC-V。
2021年6月，英特尔提出以20亿美元收购全球首家基于RISC-V定制化的半导体企业SiFive，但由于这两家公司无法就如何将SiFive技术整合至英特尔的芯片路线图，以及收购相关的财务条款达成共识，收购未果。
今年2月，英特尔宣布加入全球开放硬件标准组织RISC-V International，直接成为高级会员（Premier）。英特尔代工服务（IFS）客户解决方案工程副总裁 Bob Brennan 也加入了 RISC-V 董事会和技术指导委员会。英特尔还成立了一个 10 亿美元的 IFS 创新基金，其合作伙伴将通过IFS制造 RISC-V 芯片，英特尔还将授权差异化 RISC-V IP。
不久前，该公司宣布与巴塞罗那超级计算中心（BSC）共同投资4亿欧元研发RISC-V架构处理器。该处理器可用于构建 zettascale 超级计算机。
英特尔大力投资RISC-V，一方面是为其晶圆代工业务培育市场和客户，同时也是在应对Arm的竞争。可以说，通过这些措施，英特尔在应对Arm军团和x86系老对手AMD的“联合”进攻时，回击方式更加多元和立体，而不只是像以前那样单一（只靠推x86架构CPU）。
