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解读AMD Intel和ARM在服务器CPU上的厮杀

2017-02-14

来聊一聊通用的“巨无霸”型CPU——服务器CPU。服务器CPU,顾名思义,就是在服务器上使用的CPU。

众所周知,服务器是网络中的重要设备,要接受少至几人、几十人,或者多至成千上万人的访问,因此,对服务器具有大数据量的快速吞吐、超强的稳定性、长时间运行等严格要求。作为计算机“大脑”的CPU,是衡量服务器性能的首要指标。

关于服务器的CPU类型的区分,早期延续了指令系统的方法,通常分为CISC型CPU和RISC型CPU两类,后来又出现了一种64位的 VLIW(Very Long Instruction Word超长指令集架构)指令系统的CPU。

目前,在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有以下几类:

(1)PowerPC处理器;

(2)SPARC处理器;

(3)PA-RISC处理器;

(4)MIPS处理器;

(5)Alpha处理器;

关于CISC和RISC的定义及区分,详见前文,这里只对CISC和VLIW,做一下对比,见下表。

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关于IA-64的兼容问题,Intel也是煞费苦心。初期Intel为了IA-64处理器能够更好地运行两个朝代的软件,它在IA-64处理器上(Itanium、Itanium2 ……)引入了x86-to-IA-64的解码器,这样就能够把x86指令翻译为IA-64指令。这个解码器并不是最有效率的解码器,也不是运行x86代码的最好途径(最好的途径是直接在x86处理器上运行x86代码),因此Itanium 和Itanium2在运行x86应用程序时候的性能非常糟糕。这也成为X86-64产生的根本原因。

最后值得注意的一点,虽然CPU是决定服务器性能最重要的因素之一,但是如果没有其他配件的支持和配合,CPU也不能发挥出它应有的性能。

那么问题来了,同为CPU,服务的CPU和普通的CPU有哪些不同呢?

1. 服务器CPU与普通CPU的PK

没有对比就没有伤害,请看下面的实例:

一台普通的P4 3.0 和一台DELL服务器的3.0 内存都是2G,主频相同、内存相同,它们的差异在哪里?

答案是整体性能的表现不同,因为服务器CPU设计要求与前者不同,相关要求及参数如下表:

服务器CPU与普通CPU的设计要求对比表

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上表只是设计的理念上的不同,那么二者在现实中的差异如何呢?

根据应用的不同,两者的差别很大,关于这一点,有一个形象的比喻:PC就相当于什么都会的门诊医生,但是医术不是那么精湛,而服务器就应该是某个方面的专家了,处理能力越出众,它“专”的就越厉害。

关于这个“专”字的理解,可以从硬件和软件两方面来看。

首先从硬件上看,详细的数据如下:

服务器CPU与普通CPU的硬件参数对比表

解读AMD、Intel和ARM在服务器CPU上的厮杀

接下来说说软件,软件就主要指操作系统,比如熟悉的NT,2000 SERVER,2003 SERVER,LINUX,SOLRAIS和UNIX等等,都是专门针对服务器设计的。

不过,CPU的性能主要靠主板和内存才能完全发挥出来,因此服务器CPU与普通CPU不要混用,这是由于先天性的设计特点,很多家用电脑的主板是不适合服务器CPU使用的,即使可以用,很多时候也无法保证发挥出其性能优势。毕竟尺有所短寸有所长,两者定位与设计不同。

2. AMD、Intel和ARM在微服务器市场的厮杀

目前,全球领先的微服务器CPU生产厂商有三大巨头,分别是AMD、Intel和ARM,它们各自在服务器处理器领域的突出贡献,那么到底谁称得上是这个行业的第一呢?

看到这里,读者也许会提出疑问:关于服务器的CPU,为什么不提IBM呢?

这里不回答,看看前文就知道了。

(1)三大巨头的技术PK之路

下面,摆事实,列数据,请看上述三大巨头在服务器方面的发展简历:

芯片厂商在服务器CPU方面的技术发展历程

解读AMD、Intel和ARM在服务器CPU上的厮杀

从以上的服务器CPU发展历程,可以清晰的看到,长期以来,服务器处理器领域都是Intel和AMD二分天下,从普通的PC机到服务器,他们一直是“最佳”竞争对手。但随着服务器的不断发展,低功耗,高性能的微服务器逐渐成为新的发展方向,作为后起之秀的ARM服务器处理器,大有后来者居上的趋势。ARM架构相比Intel的X86架构也有其优势,那就是功耗相比后者要低的多,而能耗正成为数据中心的一大成本,低功耗的特点让ARM架构在数据中心中具有很强的竞争优势。

不过Intel和AMD都在向微处理器领域发展。

早在2012年底,Intel发布了最新的Atom S系列的服务器芯片,此次发布的Atom S1200处理器中,功耗最低只有6W。Intel表示,采用该芯片,设备制造商可设计出高密度、低功耗的微型服务器产品,应用在网站代管、内容服务,或是网站前端服务器上,或是应用在需要大量部署服务器,需要高密度服务器节点、降低耗电量的数据中心。

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Atom S1200系列处理器

2013年9月,Intel推出低功耗Atom服务器芯片——代号“Avoton”,作为Atom C2000产品家族中的一员,Avoton芯片将主要应用于高密度服务器。而作为第一代Atom S1200代号“Centerton”服务器芯片的后续产品,相比此前的架构有了重大的改进。

此后,各大厂商纷纷应对,向Intel的低功耗服务器CPU发起挑战,最“激动”的莫过于老对手AMD。2016年1月,AMD新的Seattle服务器芯片开始出货,它是该公司的第一款ARM架构处理器, AMD希望用ARM架构服务器处理器挑战Intel的统治地位。

解读AMD、Intel和ARM在服务器CPU上的厮杀

AMD的第一款ARM架构服务器CPU

(2)三大CPU厂商的优势对比

如今在处理器市场,三家可谓都如坐针毡,一个是想进入企业级领域的新兴ARM,另两个是一直的统治者,三者之间的关系错综复杂,但是他们的竞争是不可避免的,但有竞争就有失败,下面分三个方面来看一下各自的优缺点。

硬件支持

硬件支持是一个处理器成功非常重要的条件,英特尔和AMD在企业级处理器方面有很多合作伙伴,而ARM虽然发展势头正猛,但是其在企业级领域方面并没有经验,其缺少与OEM厂商或ODM厂商,但其在去年拉拢了AMD也许对ARM会有所帮助。

软件支持

软件对处理器同样非常重要,这方面跟硬件方面的情况差不多,ARM在软件方面支持缺少相应的厂商,其支持者主要是开源方面的一些厂商,但是英特尔和AMD在这方面已经非常完善。

经验

ARM在处理器市场也有着非常多的经验,而且其特殊的商业模式让其在市场上的合作伙伴非常多,但是在面对市场竞争方面,显然英特尔更有经验,而且英特尔可以说屡战屡胜。AMD则要稍逊。

3. 国产CPU当自强

在低功耗CPU处理器方面,中国也不甘示弱,取得了令世界瞩目的成绩。

2016年6月,华为采用自主架构的ARM架构服务器芯片已经研发成功,被命名为TAISHAN ARM服务器芯片,这意味着其在服务器芯片市场终于要大干一场。

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华为TAISHAN ARM服务器芯片

2016年8月23日,由中国天津飞腾信息技术有限公司设计的一款代号为FT-2000/64的64核中央处理器及其服务器样机,在硅谷举行的一场国际研讨会上首次公开亮相,连续3天的展示吸引了国际同行关注。

FT-2000/64处理器采用“进阶精简指令集机器”(ARM)架构,兼容64位指令集,集成64个飞腾公司自主设计的处理器核心,核心频率2.0千兆赫兹,浮点运算的峰值速度为每秒5120亿次。

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FT-2000/64服务器CPU

FT2000,它最早亮相于2015年的HotChips大会,代号“火星”,定位于高性能服务器、行业业务主机等。火星处理器采用28纳米生产工艺,主频为1.5GHz~2.0GHz,功耗100W~120W。

FT2000之所以引人注目还因为在性能方面,其公布的Spec 2006测试中,成绩为整数672,浮点585,足以和Xeon E5-2699v3相媲美,这也是国产服务器芯片第一次在性能上追平Intel。

又是一场关于CPU的混战,那么服务器类CPU将来的发展如何?谁将成为服务器CPU的霸主?一切交给时间吧。

 

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