服务器芯片行业充满了跌宕起伏和颠覆。一代又一代的公司相继诞生。在命运和机遇的安排下，最终能脱颖而出的企业屈指可数。随着物联网、人工智能、云计算等行业的发展，数据中心作为其基础设施的作用越来越重要。各方势力也在不遗余力地继续推进自身在数据中心的发展。服务器作为计算能力和数据的承载单元，是数据中心的核心硬件。RISC架构的没落，X86架构和Arm架构的竞争，AMD、Nvidia和Intel的竞争，美欧日中的竞争都在进行。核心芯片的竞争越来越激烈，服务器芯片竞争激烈。重点。在早期的服务器领域，RISC架构处理器一统天下。代表产品有IBM的Power、Sun的SPARC、DEC的Alpha、MIPS的MIPS、惠普的PA-RISC处理器。性能高，稳定性好，但成本太高，所以早期的服务器比较高端，难以普及，也在一定程度上限制了服务器市场的发展。随着英特尔推出基于IA的X86处理器，这一切都逐渐发生了变化。随着X86处理器性能的不断增强，RISC处理器的生存空间仍在被挤压。与专门生产CPU的英特尔不同，上述RISCCPU研发公司不仅生产CPU，还自己生产服务器和工作站。但从目前的发展成果来看，采取开放战略的英特尔笑到了最后。今天，我们回顾服务器芯片行业的发展历程，了解行业格局及其背后的曲折与命运。英特尔的霸主之路毫无疑问，英特尔是当今服务器芯片行业当之无愧的龙头老大。现代服务器起源于互联网大潮的兴起，互联网的发展需要大量的服务器提供支持。20世纪90年代初期，互联网刚刚开始发展。如今在数据中心市场独领风骚的英特尔，当时在服务器CPU领域还只是初出茅庐。它只是略微修改了用于PC的奔腾处理器并将其用作服务器CPU。1995年，英特尔推出了第一款用于服务器和工作站的处理器产品PentiumPro，标志着英特尔正式进军服务器芯片领域。当时，英特尔在PentiumPro的设计和制造工艺上达到了一个新的高度，彰显了其对服务器市场的长远眼光。1996年，虽然RISC架构的服务器占据了服务器市场78%的份额，但英特尔的潜力已经开始显现。随后，英特尔在上一代产品的基础上推出了多个系列的奔腾至强处理器等创新产品，不断提升产品性能和市场定位。直到2001年，英特尔开始发布至强系列处理器，瞄准高性能、均衡负载、高强度科学计算、多通道对称处理等特点，通过架构创新和工艺进步不断抢占市场份额。2018年底，英特尔宣布将从之前的“以PC为中心”转向“以数据为中心”，这意味着“数据中心”业务将成为英特尔的主力军。在转型期间，英特尔的数据中心一度占据了英特尔的总营收。受疫情带动在线办公需求旺盛，上半年英特尔数据中心营收同比增长42%。IDC近期公布的数据显示，2021年第二季度X86服务器产生的收入达到214亿美元，非X86服务器的收入约为23亿美元。X86市场占比超过90%。在X86市场，英特尔是X86阵营的老大，其服务器芯片占据了近90%的市场份额。英特尔之所以能够击败主要的RISC处理器厂商，称霸数据中心市场，主要是因为X86服务器的价格优势。X86服务器的兴起大大降低了服务器产品的价格，使小型企业甚至个人用户也能买得起服务器，逐渐蚕食RISC厂商的市场份额。只有IBM才能维持Power架构依托大型机市场的发展。此外，Wintel联盟已经成立了40多年。X86软件生态完整，专注于芯片架构研发，不触及设备生态，在成本、性能、生态三方面。X86是早期数据中心的最佳选择。计算市场获胜的原因。服务器芯片的发展然而，早在英特尔发家致富甚至推出服务器芯片之前，这个行业就已经充满了竞争。知乎博主Yvonne在对服务器历史的简要回顾中描述了DEC、Sun、IBM等公司在服务器市场的先发制人和衰落。殊途同归的DEC和SunDEC都是小型机的发明者。小型机发明后，DEC成为长期仅次于IBM的计算机公司。但是DEC的小型机只能长期在局域网中提供服务，不能算是现代服务器。直到1992年DEC开发出RISC芯片Alpha21064，并基于该芯片开发出AXP服务器和工作站，DEC才进入服务器领域。Alpha21064的性能在当时是非常强大的。1994年8月发布的Alpha21164芯片，处理能力达到每秒10亿条指令，被载入吉尼斯世界纪录。但也正因为如此强大的性能，DEC的工作站和服务器的价格居高不下，在与Sun的服务器竞争中处于劣势。不过后来的DEC服务器还是没有走便宜路线，长期处于亏损边缘。最终于1998年被康柏电脑收购，康柏电脑于2001年被惠普收购。惠普对Alpha服务器的支持于2012年结束。Sun公司于1982年在斯坦福大学成立。1985年，Sun公司投入研发其自带的SPARC精简指令处理器，大大提高了工作站的性能。此后，基于SPARC的服务器在与DEC和HP的小型机的竞争中长期占据主导地位。在20世纪90年代的互联网大潮中，Sun的服务器成为众多互联网公司的首选。此外，Sun还为自己的服务器独立开发了Solaris操作系统，成为当时非常先进的UNIX操作系统。然而，随着2001年互联网泡沫破灭，Sun受到重创，销量大幅下滑，服务器市场主要被X86服务器占据。陷入困境的Sun采取开放策略，将SPARC架构和指令集授权给其他公司，并开源了Solaris操作系统。SPARC指令集被富士通发扬光大，用于生产大型机和超级计算机，那都是后来的事了。MIPS命运的曲折提到MIPS相信大家都不陌生。时至今日，仍有许多工业设备的控制芯片、路由器、存储器、交换机等采用MIPS架构。MIPS公司起源于斯坦福大学的MIPS项目，是最早商用的RISC架构芯片。熟悉这个行业的朋友应该都知道，MIPS的商业模式和今天的Arm类似。它从指令集和架构授权开始。后来由于资金问题，于1992年以3.33亿美元的价格卖给了SGI。。SGI收购MIPS后，将MIPS处理器引入IRIS4D系列，开发出多款基于MIPS的工作站和服务器。不过SGI后来在2006年放弃了MIPS架构的服务器，MIPS采取了大开放的策略。许多公司使用MIPS架构来生产嵌入式芯片。在Arm崛起之前，MIPS处理器曾经是全球最大的嵌入式芯片。中国处理器架构，我国的龙芯就是基于MIPS架构开发的。IBM上面提到的所有RISC指令集处理器中，坚守城池的只有IBM的Power还在服务器领域大规模商用。IBM是第一个提出RISC架构的公司，但其RISCCPU直到1990年才问世，比Sun的SPARC和MIPS晚。Power芯片的普及就不用多说了，到目前为止，IBMPower经过几代的发展，已经演变成Power10架构。目前市面上能见到的Power服务器（大型机、小型机和PowerSystems系列服务器）几乎都是IBM生产的。与Intel的Xeon系列相比，IBM遇到了所有其他衰落的RISC架构同样的问题，即用途太窄、规模太小，导致处理器单价偏高，在与英特尔。顺风。大概在Intel收购Altera之后，IBM也学Sun搞Power架构开放联盟，与Xilinx和众多设备厂商共同成立了OpenPOWER联盟，意在通过开源吸引合作伙伴在Power架构下打造服务器产品。或许是为了模仿Linux的成功，Linux操作系统的开源确实创造了世界奇迹。以星星之火燎原之势，打造了一个庞大的生态系统。但从目前来看，Power架构开源后似乎并没有出现同样的效果。不知道目前市面上有多少数据中心在使用基于Power架构的服务器产品。综合来看，英特尔在数据中心市场取得了绝对的胜利。知乎博主Yvonne认为，英特尔之所以能够逐步进入服务器处理器市场，并最终占据垄断地位，除了Wintel联盟的开放战略外，很大程度上得益于英特尔规模优势带来的低成本，加上凭借英特尔在制程领域的领先地位。但或许现在的情况正在发生变化。随着Arm处理器的崛起和台积电在制程技术上的领先地位，目前缺少的是生态系统的建立。Intel当年能打败一票RISC服务器，靠的就是便宜的X86服务器。今天的Arm和Power服务器将以同样的方式侵蚀英特尔的市场。同时，随着市场需求和行业变化，GPU、AI芯片、DPU都成为服务器的重要组成部分，行业厂商不断发力，冲击了英特尔的江湖地位。英特尔“四面埋伏”据TrendForce研究显示，随着市场需求的增长，超大规模数据中心的服务器需求占比从去年第四季度的40%以上增长到今年的近45%。预计2021年全球服务器出货量增速将超过5%，各家企业都瞄准了庞大的数据中心市场。市场趋势反映在企业身上，再辉煌的英特尔也面临着难以言说的孤独。在过去的一段时间里，英特尔虽然仍然是当之无愧的服务器霸主，但一直受到AMD、Arm阵营以及国内同行等强大对手的追逐和挑战，也因为“英特尔先进制造工艺进展滞后。AMD正在取得长足进步。如果英特尔在服务器领域感到孤独，想要寻找竞争对手，AMD或许可以与之抗衡。根据TrendForce公布的数据，AMD今年有望在服务器芯片市场占据10%的市场份额，明年将达到15%。此前，英特尔在服务器芯片市场占有99%的市场份额。被AMD黑客攻击对英特尔来说是一个重大打击。2018年，AMD推出了EYPC骁龙服务器芯片，延续了Zen架构的性能优势。此外，AMD的服务器芯片具有价格优势，兼容英特尔的X86架构服务器芯片。AMD正在慢慢打开服务器芯片市场。来源：计算机视觉研究院旗下研究机构MercuryResearch，几个月前发布了2021年最新的服务器市场数据。AMDEPYC霄龙系列服务器CPU市场份额本季度末达到8.9%，环比增长1.8%，创2006年Q2以来单季度最快增长，创15年新高年。然而，这还不是巅峰。凭借皓龙处理器，AMD在服务器CPU市场的份额从5%增加到22%仅用了18个月。AMD在服务器领域的最高市场份额一度达到27%。%。不过，当年输掉的市场可谓是波澜不惊，如今想要反击也并非易事。AMD这几年最大的奇迹其实是在服务器CPU市场，几乎是从零开始收复失地。今年3月，AMD发布了代号为Milan的全新Epyc7003系列处理器，搭载全新Zen3架构。据悉，AMD已经完成了芯片的设计，采用台积电的7nm工艺。相较于英特尔延迟新品量产，AMD依托台积电强大的出货能力，拥有先发优势。EPYC处理器除了保持稳定的性能外，更重要的是后续产品迭代跟上节奏，产品运营稳步向前，AMD在服务器市场仍有一片天地。展望未来，AMD将在2021年底投入5nm工艺，进一步优化成本、功耗和性能，进一步提升其在服务器芯片的市场份额。另一方面，AMD拟收购Xilinx的消息有望成为其发展的新动力。在高并行、高强度计算能力成为主流的今天，传统的通用处理器已经不能满足需求。在这种趋势下，需要的集成设计能力必须具备CPU+异构单元和生态协同能力。这也是AMD和Xilinx的成就。合作的基础。Arm引领服务器芯片架构之战在AMD之外，Arm对英特尔来说是一个严重的问题。服务器芯片市场产品众多，功能和性能各不相同。但从指令集架构来看，目前市场上存在两大阵营的竞争。一种是CISC（复杂指令集）架构，另一种是RISC（精简指令集）架构。集）架构。CISC设计者希望通过直接在硬件中构建复杂的指令，使编程更方便，程序运行更快。其架构中的每条指令都可以执行多个低端操作，例如从内存读取、存储和计算操作，都在一条指令中；相比之下，RISC体系结构只包含少量频繁使用的简单指令，并提供了一些必要的指令来支持操作系统和高级语言。CISC阵营以Intel和AMD的X86架构为代表，而RISC阵营包括Arm、MIPS、PowerPC、RISC-V等架构。其中，Arm近年来发展迅速。Arm这家在移动处理器市场大放异彩的IP授权商，被全球顶尖的芯片设计商包围，百亿级的出货量让英特尔名誉扫地，黯然离场。当然，手机市场的饱和意味着Arm的市场份额也接近饱和，需要开拓新的市场才能实现市场增长。众所周知，Arm想要在服务器领域有所作为。它从2008年开始对服务器市场发起冲击，可惜冲击并没有掀起多少波澜。Arm阵营弟子众多，但在服务器芯片领域一直很坎坷。2008年Arm开始酝酿服务器芯片计划，随后趁着Arm64位的东风，高通、Cavium、博通、微软、华为、飞腾等相继研发了自己的Arm服务器CPU，随后又经历了AMD。来来去去，高通高调入局未果，三星的暗中功夫也难逃一劫。经过十多年的发展，Arm服务器芯片仍然无法对X86产生强大的冲击力，仍然坚持做Arm服务器芯片的公司已经不多了。不过这两年，Arm阵营似乎又开始慢慢热闹起来了。安培、富士通、Mavell、亚马逊、华为等都频频推出基于Arm的基础架构处理器。2019年，Arm推出了Neoverse产品线，发布了NeoverseN1/E1核心IP——这是Arm首次推出专门针对服务器产品的有“名”的处理器IP。资料来源：Arm虽然ArmNeoverseN1在纯性能和生态完整性方面仍然无法与Intel/AMD相提并论，但在TCO（总拥有成本）和能效（PowerEfficiency）方面，Arm的解决方案是基础设施提供商足够有吸引力。过去几年，基于Arm架构的服务器芯片在数据中心市场的地位不断增强。DIGITIMES在今年3月发布的一份研究报告中提到，亚马逊和微软等云计算数据中心运营商，以及Marvell和Ampere等芯片设计公司已经开始采用Arm架构，有望帮助Arm在大型云数据中心和高性能计算市场。扩展，或将对X86产品构成威胁。如果说苹果发布搭载M1处理器的Mac电脑让PC厂商觉得Arm个人电脑抢占了先机，那么Arm服务器芯片厂商的成绩将鼓励更多的芯片设计厂商提供新的发展路径。尽管如此，Arm和RISC架构目前只维持小规模的接单生产，并以数据中心市场为主。TrendForce认为，到2023年，以Arm架构为代表的RISC架构芯片仍难以与X86抗衡。一位业内资深人士告诉我，其他架构与IntelX86的区别不在于性能，而在于生态和应用。不管是什么架构，最终的提升还是要看应用，所以架构意义不大。这取决于如何应用它。而生态，看建筑生态的活跃度和支撑度。生态的繁荣必须依赖更多的人才聚集、厂商支持、资本投入，缺一不可。历史上一些建筑的消亡，往往不是因为技术不如别人，而是因为生态建设跟不上市场的发展。X86和Arm在人才聚集、厂商支持、资金投入等方面相对领先。X86有先发优势，而Arm在TCO上有优势。在新的细分市场竞争中，Arm架构更能发挥各CPU厂商的独特视角。发挥各自的优势。Nvidia要用AI来突破Nvidia目前在数据中心市场的知名度无人可及。从英伟达2021年Q4季报来看，其数据中心业务营收达到19.03亿美元，同比增长97%。目前，数据中心业务已占英伟达营收的40%左右。其实早在2011年，就有消息称英伟达计划让旗下的Tegra芯片进入服务器市场。该芯片核心将集成英伟达图形处理器的并行处理能力和Arm的低能耗特性，在服务器芯片市场挑战英特尔，但之后并没有引起太大的水花，游戏业务依然占据了大部分。2016年，随着AI的兴起，数据中心市场开始爆发式增长。借着这股股东风，英伟达顺势而为，其GPU在AI领域获得了关键优势。Nvidia的GPU比Intel的CPU有更强的并行计算和低精度计算性能。由于这一优势，目前世界上大多数人都使用Nvidia的GPU来训练神经网络。《中金公司》的研究报告显示，自2016年以来，英伟达的数据中心业务营收一路攀升，连续七个季度同比增速超过100%。英伟达数据中心业务单季度营收及同比增速（来源：中金公司研究部）依托GPU优势，英伟达开始进军服务器市场，希望借助低功耗和Arm架构的低成本优势挑战英特尔在服务器市场的垄断地位。在今年的GTC大会上，英伟达发布了首款基于Arm架构的服务器处理器Grace，面向AI、超算、数据中心等领域，将于2023年面世。在整个计算架构中，CPU与CPU之间的通信协议GPU改为NVLINK，实现真正的高带宽。GraceCPU和计算架构对于X86来说是相当革命性的。除了英特尔和AMD的X86CPU扮演着服务器的心脏之外，服务器中安装的Nvidia的AIGPU加速器就像扮演着训练人工智能增强推理能力的角色。英伟达的GPU在AI领域具有先发优势。全球大多数用户使用其GPU来训练神经网络。英伟达缺少的是一个可以与GPU集成的处理器平台，来完成一个高性能计算服务器平台的完整交付。.虽然Nvidia对Arm的收购还在进行中，但基于Arm架构的CPU首先浮出水面，从GPU扩展到了CPU。一旦Arm被Nvidia成功收购，Nvidia在CPU方面的短板也将得到弥补，进而发挥Arm架构低功耗、低成本的优势。英伟达将拥有完备的CPU+GPU能力，能够打造横跨移动端、PC端、服务器端的生态帝国，这将给英特尔带来前所未有的压力。本土厂商加入战局在国产服务器芯片方面，目前中国正在研发的处理器采用了广泛的指令集架构。最活跃的包括基于MIPS的龙芯、基于Alpha的申威、基于Arm的飞腾和华为。变化虽然来了，但是在服务器架构上，IntelX86已经牢牢占据了“C”的位置。国内几家厂商如X86、Arm、MIPS、Alpha、Power等技术路线各有不同的技术路线，但都在提高服务器芯片的性能，增加核心数，增加通道数，或两者兼而有之，发展同时，努力满足用户在重点行业应用国产芯片的多样化需求。目前，X86服务器业务市场对于中国市场来说是巨大的。包括华为、浪潮、海光在内的大多数中国服务器厂商，都无法摆脱对英特尔底层芯片架构的严重依赖和限制，存在诸多风险。目前，国内芯片企业在Arm和Alpah两大架构服务器芯片上取得了不错的成绩。以飞腾为代表的本土服务器芯片厂商从2011年开始进入Arm服务器芯片领域，到现在已经快十年了。依托国内特有的市场优势，Arm服务器逐渐成为国产替代领域的主流。从技术角度来看，在服务器领域，尤其是在云计算应用场景中，Arm服务器芯片的低功耗是其最大的优势。Arm服务器芯片通过多种组合实现媲美X86芯片的高性能，并通过其低功耗特性达到节能的目的。因此，Arm服务器芯片与云端、数据中心虚拟化等应用场景是天作之合。与此同时，Arm的生态也在快速成熟，尤其是在服务器端，进展非常迅速。神威研发的Alpha架构服务器芯片，或许是国内值得发展的服务器芯片方向。Alpha架构由DEC开发，DEC早已被HP收购。随后的Alpha架构逐渐被惠普放弃。20多年后，Alpha架构的部分专利已经到期，神威也因此获得了Alpha架构，成为自主可控的芯片架构。虽然Alpha架构在市场上几乎没有存在感，但架构技术其实还是相当先进的。在1990年代，它几乎与X86架构并驾齐驱。申威买下Alpha架构后，推出的服务器芯片都是世界顶级水平。在太湖之光服务器上，证明了Alpha架构服务器芯片强大的技术性能。事实上，除了上述架构的服务器芯片外，中国也在研发Power架构的服务器芯片。但在IBM的掌控下，国产Power架构服务器芯片的性能略有落后。总体来看，随着国际环境日趋复杂，国家越来越重视自主技术和安全可控，服务器芯片的国产化进程或将加快。写在最后目前，服务器处理器的最大供应商仍然是英特尔。但或许，本文所讨论的AMD、Arm阵营和Nvidia会给英特尔带来强劲的挑战。一方面，AMD来势汹汹，Nvidia在高性能计算领域拥有GPU+ArmCPU的强大支点，有望从高端市场慢慢蚕食Intel的市场。另一方面，随着互联网厂商在数据中心的话语权越来越大，基于Arm的服务器芯片直接为终端需求客户提供定制化服务器芯片设计的市场也可能会越来越大。几经沉浮，服务器芯片或将在不久的将来迎来新的变化。机遇与命运不断轮换。我不知道谁会成为下一个启明星。
