随着云计算的蓬勃发展,各大IDC数据中心对服务器CPU的要求也在不断提升。
每当一款计算能力更强、性能更稳定、成本更低的服务器CPU推出时,都会引起众多数据中心用户的高度关注。
原因其实很简单:无论是百分之一的性能提升还是百分之一的成本降低,数据中心这么多服务器的积累将是一个非常惊人的数字。
近20年来,云服务器CPU市场一直由英特尔的x86架构占据主导地位,市场份额甚至一度超过90%。
近年来,AMD紧随其后,追赶英特尔,进攻英特尔市场。
现在,服务器CPU领域再次蓬勃发展。
服务器CPU发展历史AMD和Intel是PC制造领域最具标志性的两个名字。
几十年来,他们一直致力于为游戏玩家、休闲网络浏览器和专业人士提供最快、最强大且功能丰富的处理器。
多年来,他们来来回回多次参加比赛。
AMD 推出了突破性的设计,英特尔则推出了自己的革命性芯片。
从 2005 年到 2015 年,英特尔一直牢牢掌控着旗舰产品的性能,而 AMD 则凭借 Ryzen 处理器真正扭转了局面。
自1978年Intel推出首款x86处理器8086以来,CPU的发展方向就是集成更多的指令集和外部控制器,以及更高的时钟速度。
提升单核性能除了架构之外,很重要的一点就是频率和缓存。
频率受CPU温度和功耗的限制,不能增长太快。
Cache受限于CPU面积和成本,无法快速增长。
这样一来,频率和缓存就只能依靠半导体技术的进步来逐步提高。
当CPU的单核性能和频率达到瓶颈时,Intel和AMD都开始向多核发展。
Intel从单核到多核之路 2005年5月,Intel推出了史上首款双核处理器Pentium D系列,采用90nm工艺核心。
每个核心有1MBL2缓存,两者都是800MHz FSB。
后来还推出了具有超线程功能的Pentium D系列。
科技的奔腾至尊版840处理器,双核四线程,外频也提升到了1066MHz,频率也更高。
后来Pentium D处理器的后继者就是非常经典的Core 2 Due处理器,他们也用与第一款双核处理器相同的方法打造出了第一款四核处理器——Core 2 Quad。
Intel于2013年推出的Corei7-980X是首款6核处理器。
核心代码是Gulftown。
它基于 Westmere 架构。
该处理器的每个核心都有一个 256KB 二级缓存和一个共享的 12MB 三级缓存。
主频3.33GHz,最高睿频3.6GHz。
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桌面市场第一款真正的八核处理器是Intel于2014年推出的Corei7-5960X,属于22nm Haswell-E架构,基础频率3GHz,最高核心频率3.5GHz,拥有20MBL3缓存,属于HEDT的X99平台。
后来Core i7-6950X成为首款桌面十核处理器。
生产工艺从22nm升级到14nm。
核心数量从上一代Core i7-5960X的8核心增加到10核心。
晶体管数量也从26亿个增加到32亿个。
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2017年,英特尔推出了第七代酷睿X系列处理器,包括两种不同架构的Skylake-X和Kabylake-X处理器。
Skylake 并用 Core i9 取代 Core i7 已经成为英特尔在消费市场上最强大处理器的代名词。
Intel的Lakefield项目于2019年正式宣布,并于2020年正式启动。
这个产品本质上是非常实验性的。
它是首款采用英特尔Foveros 3D堆叠工艺的产品,也是首款采用混合架构的x86五核处理器。
自此,英特尔迎来了混合架构的新时代。
AMD的双核处理器Athlon 64 X2诞生于2005年5月。
但与Intel的PentiumD不同的是,AMD的Athlon 64 X2在同一芯片中集成了两个K8核心。
两个核心之间的数据通信可以通过系统请求队列来实现,因此执行效率远高于竞品。
四核K10架构于2007年11月11日发布,确实是第一款原生四核处理器,并且首次将L3缓存引入消费市场,但整体性能不如竞争对手Core 2 四人。
主流平台的八核处理器是2017年Zen架构的第一代Ryzen7系列处理器,正式引发了Intel和AMD在处理器市场的核心数大战。
2018年发布的第二代Ryzen Threadripper最大核心数为32核。
Ryzen Threadripper 3000将CPU拆分为CCD计算核心和IOD输入输出核心,解决了各个核心之间访问内存和PCI-E延迟不同的问题。
于是在2020年,64核的Ryzen Threadripper 3990X就这样诞生了。
近日,AMD推出的新款服务器CPU中,其核心数已增加至96核。
一般来说,在高性能计算领域,应尽可能采用多核处理器,以获得更高的性能。
服务器CPU竞争非常激烈。
在2022年投资者大会上,英特尔首次披露了2022-2024年全新英特尔至强产品路线图。
Xeon 主要用于“中端”企业服务器和工作站。
在英特尔的服务器主板上,最多八个至强处理器可以共享 100MHz 总线以进行多处理。
目前,英特尔最新的服务器CPU仍然是2021年推出的第三代至强可扩展处理器(代号Ice Lake),其主要亮点包括:采用英特尔最新的10nm工艺,单芯片最多包含40个核心。
与上一代20核Cascade Lake相比,IPC性能提升20%;主流数据中心工作负载性能平均提升46%; AI推理性能提升74%;与5年前的旧系统相比,平均性能提升了2.65倍。
资料来源:Intel 从路线图来看,Intel面向服务器领域的下一代CPU代号为Sapphire Rapids。
Sapphire Rapids采用与12/13代酷睿相同的Intel7制造工艺,并改用新的Socket E LGA4677封装接口。
它首次引入chiplet小芯片封装,物理层面多达60个Golden Cove微架构核心,但首批仅启用56个核心。
,集成112MB三级缓存,热设计功耗350W。
其他方面,内存支持八通道DDR5-4800,扩展连接提供80条PCIe 5.0/4.0通道,可选集成高达64GB HBM2e内存,并支持CXL 1.0高速互连总线。
事实上,英特尔希望这款新处理器能够凭借其首次支持 DDR5、PCIe Gen5 和 Compute Express Link 等新技术,在市场上彻底压制 AMD 的下一代 Epyc 芯片 Genoa。
然而,Sapphire Rapids的上线之路并不顺利。
去年6月,英特尔表示将把芯片量产时间从2021年第四季度推迟到2022年第一季度,并计划在第二季度增加出货量。
随后,英特尔表示将把该计划推迟到今年年底。
目前,英特尔已将发布日期最终确定为2023年1月。
对此,英特尔高级研究员Ronak Singhal此前解释称,对于英特尔这样的公司来说,优先考虑的是下一代至强处理器的质量。
AMD和Intel在服务器CPU上的竞争从未停止过。
此前分析师曾指出,AMD将以高于同行的速度增长,并继续从竞争对手英特尔手中夺取市场份额,包括在个人计算和服务器市场。
这一趋势今年和明年仍将持续,预计至少会持续到2024年年底。
AMD之所以能够保持上升势头,很大程度上得益于EPYC处理器在服务器市场的表现。
与英特尔第三代Xeon Ice Lake竞争的是AMD Milan。
Milan采用7nm工艺,拥有64核128线程,可容纳高达4TB的内存容量,并提供128条PCIe通道。
Milan 凭借其更新的微体系结构突破了 Rome,该体系结构支持小芯片连接并带来更多的 L3 缓存并减少延迟。
与上一代相比,性能提升19%;峰值功率提高17%。
关于下一代服务器CPU的竞争,英特尔宣布推迟发布,但AMD仍然选择在今年11月交出其Epyc处理器系列的第四版,发布代号Genoa的第四代。
EPYC9004系列处理器基于Zen4架构,最高96核192线程,支持12通道DDR5内存和128条PCIe5.0。
根据路线图,AMD还准备了Zen4c版本,产品代号为贝加莫(Bergamo),主打多核和高密度计算,最多128核、256线程、12通道DDR5。
采用与Genoa相同的SP5接口,相互兼容。
第四代 Epyc 采用 5nm 制造工艺(小芯片采用 6nm 工艺),将 900 亿个晶体管封装到处理器中。
AMD CTO Mark Papermaster 在近期接受采访时透露,Bergamo 将于明年上半年正式发布。
可见Intel的Sapphire Rapid和AMD的128核Bergamo都将在明年上半年发布,火药味十足。
服务器 CPU 正涌向 Arm。
服务器领域的追求从未停止过,不仅是X86架构,Arm阵营也是如此。
2018年10月,Arm首次宣布推出Neoverse及其云到边缘基础设施产品的初步路线图,并承诺平台性能每年30%的增长率将持续到2022年及以后。
2020年9月,Neoverse再次进阶,新增两个新平台——Neoverse V1平台和第二代N系列平台Neoverse N2。
ArmNeoverse平台路线图Omdia的数据显示,第二季度Arm占据了全球服务器CPU市场7.1%的份额。
去年,阿里巴巴旗下平头哥发布了自研云芯片亿天710,它基于Arm架构,正式称为“全球领先的性能云原生处理芯片”。
性能超出行业基准20%,能效比提升50%以上。
日本RIKEN实验室“Fugaku”使用的Arm架构CPU采用定制的ArmV8架构,基于7纳米FinFET工艺技术生产。
浮点运算部分是与Arm合作开发的SVE指令扩展。
它采用512位浮点运算单元,大大增强了计算能力。
近日,亚马逊云计算部门AWS宣布推出基于Arm架构的全新自研高性能计算服务器CPU芯片Graviton 3E。
计算性能较上一代提升35%,最多可组成64个虚拟CPU,并拥有128GB存储容量。
应用程序最快将于2023年初部署。
AWS高级副总裁Peter DeSantis甚至表示,这款处理器在一些高性能计算能力上比现有的Graviton芯片强大一倍。
当与其他AWS技术结合时,新芯片的性能仍然可以达到。
又增加了20%,他更直言,相比购买Intel、NVIDIA、AMD芯片,Graviton3E可以提供更具性价比的算力。
在服务器CPU领域,新一轮的竞争已经开始。