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ARM与x86,决战在全球半导体变局中

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  最近,全球半导体市场格外不平静。

  前有中美贸易摩擦,搅起了两国半导体产业无数是非;后有日韩半导体争端,又给全球产业链带来了一层阴霾。似乎种种现象都在表明这样一个事实:在今天这个时代,半导体产业已经是一种国家间的战略资源,“自主可控”四个字并非泛泛之谈。

  这种情况下,大家难免会多想一点。比如说,大家都知道企业网络的运行核心是服务器。但是今天全球 90% 以上的服务器芯片市场都由英特尔占据,建立在英特尔的 x86 架构上。如果一旦出现大面积的半导体封锁,芯片供应链被切断,那作为社会经济基石的数据中心将陷入十分危险的境地。

  目前来看,应对这个问题的主要方案,是基于 ARM 架构,自行研发服务器芯片作为替代品。ARM 虽然也是一家欧美公司,但其提供的是芯片专利和指令集。芯片厂商一次性买断某版本就可以一直使用,不用担心上游直接断货的问题。

  在服务器芯片上用 ARM 替代 x86 的思路并非今天才有。然而虽然今天 ARM 已经在移动芯片上一统江山,却在服务器芯片市场上怎么都起不来势头。而今天,这个任务开始由中国芯片产业扮演主角。

  为什么 ARM+ 服务器芯片处在“屡败屡战”的境地里?在全球半导体市场普遍收紧的前提下,ARM 芯片是否能趁势而上?

  这将是接下来很长一段时间里,中国乃至世界半导体产业,需要一步步去回答的问题。

  想把 x86 挑落马下,真的挺难

  自 1978 年诞生以来,今天在 CPU 领域通用的 x86 架构,其实也经历了数十年的杀伐争斗。英特尔和 AMD 的无数纷争,最终为这套通用技术架构筑造起了坚实的兼容性与应用生态。

  可是当英特尔稳稳占据市场上 90% 以上份额之后,全球计算与网络产业都再难拥有选择权和议价权。所以想要把英特尔推下芯片神坛的运动其实从未停歇过。

  依靠低功耗、高性价比优势,在移动设备中证明了自己的 ARM,这些年成为半导体产业一个新的选择。然而事实上,大量半导体巨头都布局过 ARM 打造服务器芯片,结果都不尽如人意。

  比如英特尔的老对手 AMD 就曾大举投入研发 ARM 架构的服务器芯片。2012 年,AMD 宣布获得 ARM 指令集授权,随后在 2014 年推出了基于 ARM 架构的 Opteron 处理器。结果好景不长,在 2017 年这个项目基本就进入了名存实亡的阶段。英特尔继续在服务器芯片领域占据着王座。

  业内的其他玩家,比如三星、英伟达、博通、Marvell,都曾经开发或者有意向开发过基于 ARM 的服务器芯片,但最后大多不了了之。其中曾经一度让行业看到希望的,是在手机芯片领域从 ARM 受益良多的高通。2014 年,高通宣布将打造基于 ARM 的服务器芯片;到 2016 年,对外公布了首个基于 AMR 的服务器芯片产品;2017 年,高通正式发布了 Centrip 2400 系列,进军服务器芯片市场。结果发布即顶峰,没有怎么获得客户回应的高通,到 2018 年就多次被传放弃了 ARM 服务器芯片业务,接着曝出高管离职,团队解散。时至今日,已经绝少人相信高通还会在 ARM 服务器芯片领域有一番作为。

  正所谓风水轮流转,在欧美巨头普遍放弃这一项目之后。今天用 ARM 打造服务器芯片的主力反而变成了中国企业。比如说一度名声很大,也引起不少争议的华芯通、天津飞腾。尤其值得注意的,是华为在去年年底发布了基于 ARM 的服务器芯片鲲鹏 920。ARM 服务器芯片的中国故事,今天还在进行时。

  这里似乎有必要解释一下,x86 为什么那么能打,以至于携资进组的欧美巨头纷纷挑战失败。行业普遍认可的说法是,x86 最强大的地方在于英特尔积累的服务器芯片生态系统。若干年来,大量软件应用都是基于 x86 完成开发,而企业市场中软件生态往往更新频次较低,缺乏生态可选择性。而市面上出现过的 ARM 服务器芯片,普遍在软件兼容性上表现不佳,最终导致用户无法选择尝试 ARM,只能固守 x86。

  此外,产业体系的不完成,也是 AMR 生态的问题。在服务器之下,数据中心涉及计算、存储、网络、数据库等大量底层技术体系,这些东西很难一夜之间被全部替换。然而逐个替换的成本实在太大,企业无法接受舍弃自身核心业务去拥抱新的服务器产品。

  也有人认为,ARM 服务器芯片的核心问题还是自身优势没有被发挥完整。一方面性能依旧长期不及 x86,另一方面价格也没有便宜到令市场怦然心动的地步。有一种说法,是只要有 20% 的价格差距,企业就会选择更换服务器。但 ARM 生态还没有触发这个临界点。

  不抛弃,不放弃:

  ARM 的魅力到底在哪?

  这个话题中令人纠结的一部分就要来了:既然英特尔的 x86 听上去天下无敌,众高手纷纷被挑落马下,为什么还是不断有企业去寻求在 ARM 架构上打造服务器芯片呢?

  这也是一个多方面共同推动的因素。但是核心问题肯定还是开头所说的,自主可控与产业安全问题。今天的全球半导体贸易格局中,处处弥漫着摩擦可能升级的味道。而如果一旦英特尔的芯片被切断供应,数据中心这个国之重器将陷入极大的困境。

  这个情况下, 2018 规模已经达到 18000 亿人民币以上的中国半导体市场,是一定要找到可替代方案的。而在自主可控和避免重新造轮子之间,ARM 是一个切合实际的解决方案。

  由于 ARM 的商业模式是 IP 售卖,可以从根本上规避 x86 隐藏的专利与供应链风险,那么难点就集中在了芯片性能与生态上。由于目前半导体产业在服务器芯片领域普遍缺乏议价能力,所以行业也是乐见 ARM 生态成长起来的。

  此外,ARM 进入服务器生态,依旧携带着其最根本的功耗优势与成本优势。功耗能低,成本更低的 ARM,相对更符合云时代的企业计算需求。

  还要看到的是,计算产业本身发生的迭代,也在让 ARM 似乎看起来更像是符合未来发展趋势的那个选择。比如在企业全云时代,对服务器计算需求将会大幅增加,产业普遍要求高并发、多线程和任务单一的计算模式,这些特性都非常适合 ARM 架构来处理。另一个趋势,是计算正在加强云边端的一体化与协调。而当更多计算发生在边端侧的时候,就要求服务器提供密度更高、功耗更低、迟延更低的算力,这其实是让服务器算力贴近移动设备的计算需求,因此 ARM 也将是个好的选择。

  所以说,AMR 虽然屡次失败,但根本上来看并非一无是处。前人的不成功,也是为后来者馈赠的机会。在今天想要打赢 ARM 服务器芯片这一局,IT 行业还有很多事要做。

  ARM 想要一战成功,

  需要做好哪些事?

  总的来说,想要让 ARM 芯片真正在服务器市场站稳脚跟,需要的就是最大化发挥 AMR 优势,并且吸取前面那些巨头玩家的失败教训。有这样几个工作,属于今天的题中之义:

  1、依靠产业链内部完成垂直创新,构筑 ARM 的产业能用性。

  ARM 服务器芯片的问题,很大一部分并不集中在性能与价格上,而是集中在是否真正能满足产业应用需求,达到替换标准线。这也就意味着,ARM 服务器芯片不应该是一个单打独斗的产品,而是与生俱来应该就是一个底层应用序列,满足服务器场景中数据、存储、调用等基础应用,降低客户的兼容成本。

  2、发挥性价比是核心优势。

  在 ARM 服务器芯片上,绝大多数失败案例都被认为是并没有发挥出 ARM 芯片低功耗、低成本,以及性能并不弱于 x86 的优势。在核心的性价比、能耗比领域,ARM 服务器芯片还要很远的路要走,技术突破依旧是一件可以期待的事。

  3、核心任务是驱动产业,建立 ARM 生态。

  在今天,提起 ARM 服务器芯片,每个人都会提及生态的重要性。如何应对 x86 平台统一的硬件、开发和基础设施,以及数十年积累的软件开发生态,是芯片厂商面前的真正挑战,也是必须长时间发展经营的课题。这里一方面芯片企业创建为开发生态服务的基础设施集群, 比如存储网络和虚拟化等产品,降低企业的开发成本;同时还需要积极推动软件开发行业进驻 ARM 生态,建 ARM 应用市场等基础平台。此外,在新需求上发展 ARM 也是变数所作,比如说推动人工智能供应链企业更多上 ARM,引导更多应用用户顺着 AI 需求自然过渡到 AMR 生态中来。

  4、供应链安全牌是商业推注剂。

  在今天,ARM 服务器芯片关乎于产业安全,甚至国际经济安全,是一件基本没有争议的事。这种情况下,正视风险的存在,引导行业积极寻找安全可控的产业路径,也是推动 ARM 生态的一个重要通道。

  综合来看,AMR 服务器芯片是今天全球半导体变局中一张重要的底牌。但是这张牌到底谁来打,如何打,能打到什么程度,还是非常复杂的一场考验。

  不管怎么说,变局已来,期待着保持现状并不现实。拥抱和操控变化,是今天中国半导体产业必须学会的一篇新课文。

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