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        CPU與GPU、VCU的關(guān)系愈加“微妙”

        2021-07-22 01:12:46
        華東科技 2021年7期
        關(guān)鍵詞:巨頭英特爾數(shù)據(jù)中心

        一個GPU總需要一個CPU,但CPU的選擇已經(jīng)不再單一,GPU的功能也不再“簡單”,曾經(jīng)穩(wěn)固的關(guān)系,不再是單純的合作。

        4月,英偉達發(fā)布了采用Arm架構(gòu)的首款數(shù)據(jù)中心CPU Grace引發(fā)廣 泛 關(guān) 注。6月,外 媒Tomshardware報道,像CPU一樣總需要一個CPU的谷歌自研視頻編解碼處理單元Argos VCU,預(yù)計可以替換3000萬至4000萬個英特爾CPU。

        依 賴CPU的GPU和VCU為什么會有替代CPU的勢頭?芯片巨頭與互聯(lián)網(wǎng)巨頭間的競合關(guān)系,是如何加深的?

        CPU市場的雙重變化

        回答CPU與其他依賴CPU處理器關(guān)系變化之前,不妨先了解一下CPU市場本身的變化。在很長一段時間,由于CPU的性能已經(jīng)足夠滿足包括PC在內(nèi)的各種應(yīng)用需求,再加上內(nèi)存和帶寬成為CPU性能提升的瓶頸。CPU王者英特爾在提升CPU性能動力不足,以及先進制程工藝進展不如預(yù)期的情況下,連續(xù)多代CPU性能提升幅度不大,被稱作“擠牙膏”。

        英特爾在領(lǐng)先位置緩慢前進的幾年間,AMD憑借Zen架構(gòu)的迅速迭代以及臺積電先進制造工藝的加持,性能迅速接近甚至超越英特爾酷睿和至強CPU的性能?!癆MD Yes”表達了消費者對于AMD產(chǎn)品迅速提升的認可。

        英特爾和AMD的x86 CPU是PC時代的標志,然而在性能提升陷入瓶頸,以及先進半導(dǎo)體制程提升難度越來越大的背景下,兩家最具代表性的CPU公司表現(xiàn)相差甚遠,并且開始在市場份額上有所體現(xiàn)。

        依舊有領(lǐng)先優(yōu)勢的英特爾感受到了老對手帶來的競爭壓力,因此無論是產(chǎn)品性能提升還是市場策略都更加積極。然而,英特爾在服務(wù)器CPU市場除了要面臨同為x86陣營AMD的競爭,Arm陣營的公司也來勢洶洶。

        Ampere董事長兼首席執(zhí)行官 Renee James說:“ 我 們 知 道未來將與過去不同,因為軟件環(huán)境變了,不再是關(guān)于PC和PC服務(wù)器的業(yè)務(wù),而是圍繞云和云邊緣。現(xiàn)在,需要另一種不同的微處理器?!?/p>

        Ampere基 于Arm Neoverse N1內(nèi) 核,推 出 了80核 的Altra CPU和128核Altra Max CPU,持續(xù)刷新服務(wù)器CPU核心數(shù)的紀錄,突出與x86 CPU相比更高的核數(shù)以及在云原生市場的優(yōu)勢。

        同樣是強調(diào)差異化優(yōu)勢,英偉達的Grace主要是面向數(shù)據(jù)密集型HPC和AI應(yīng)用。英偉達首席執(zhí)行官黃仁勛稱,基于Grace的系統(tǒng)與英偉達GPU緊密結(jié)合,性能將比目前最先進的NVIDIA DGX系統(tǒng)(在x86 CPU上運行)高出10倍。

        無論是Ampere還是英偉達,其差異化高性能CPU的基礎(chǔ)都是Arm。而Arm也在今年3月推出了面向未來10年的新一代架構(gòu)Armv9,Arm希望將其架構(gòu)在智能終端的成功擴展到高性能計算市場,包括邊緣、云端及5G等。基于Armv9架 構(gòu) 的Neoverse N2正是Arm向高性能市場拓展的關(guān)鍵產(chǎn)品。

        整體來看,已經(jīng)在PC和服務(wù)器CPU市場大獲成功的x86陣營正開始一場激烈的競爭。此時,面向云 計 算、AI的Arm架 構(gòu)CPU迅速發(fā)展,要在新興市場分一杯羹。未 來,RISC-V CPU會 以 怎 樣 的方式參與到CPU市場的競爭,也讓人充滿期待。

        異構(gòu)時代,定制CPU優(yōu)勢凸顯

        CPU市場發(fā)生雙重變化的一個關(guān)鍵因素是市場需求,在市場的驅(qū)動下,CPU的價值也更多體現(xiàn)在異構(gòu)系統(tǒng)中。英偉達在今年4月發(fā)布Grace CPU的時候,也同時將其數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品路線圖升級為“GPU+CPU+DPU”的 三 類 芯片,逐年飛躍一個架構(gòu)的策略。在這個新的策略中,GPU和DPU性能的充分發(fā)揮依舊需要有CPU強大的性能,也就是說,CPU計算和控制的基礎(chǔ)和核心作用沒有改變。

        變的是新興應(yīng)用對于算力的大幅快速增長,異構(gòu)系統(tǒng)的性能是更重要的關(guān)注點?!澳壳笆袌錾厦磕杲桓兜?000萬臺數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中,有1/3用于運行軟件定義的數(shù)據(jù)中心堆棧,其負載的增長速度遠遠快于摩爾定律。除非我們找到加速的辦法,否則用于運行應(yīng)用的算力將會越來越少?!秉S仁勛說,“新時代的計算機需要新的芯片、新的系統(tǒng)架構(gòu)、新的網(wǎng)絡(luò)、新的軟件和工具。”

        這也是英偉達推出DPU,并且將DPU歸入其數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品路線圖的原因?!艾F(xiàn)代超大規(guī)模云技術(shù)推動數(shù)據(jù)中心從基礎(chǔ)上走向了新的架構(gòu), 利用一種專門針對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)軟件而設(shè)計的新型處理器,來卸載和加速由虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全和其他云原生AI服務(wù)產(chǎn)生的巨大計算負荷。BlueField DPU正是為此而生?!秉S仁勛此前表示。

        異構(gòu)組合才能更好滿足未來市場的需求,這也已經(jīng)是業(yè)界共識,從英特爾 擁 有“CPU+GPU+FPGA+AI” 加速器的完整芯片組合,到英偉達宣布收購Arm,再到AMD宣布收購賽靈思,芯片巨頭們都希望通過不同類型的芯片組合滿足云計算、AI等計算更加密集應(yīng)用的需求。

        在這種變化中,CPU的選擇也會更加多樣。Computex 21上,黃仁勛在回答雷鋒網(wǎng)等提問時表示:“未來的世界非常多樣,當然也會有不同的CPU,包括x86架構(gòu)和Arm架構(gòu),大型CPU和小型CPU,面向邊緣、數(shù)據(jù)中心、超算等CPU,我們的策略是在我們服務(wù)的市場,選擇最合適的CPU,我們會繼續(xù)支持x86 CPU。”

        面向特定的市場,并非所有CPU都合適。因此在不同的市場需要不同的CPU,比如在筆記本電腦市場,英特爾的x86 CPU是不錯的 選 擇,在DGX系 統(tǒng) 中,AMD的CPU表現(xiàn)非常好。在5G基站中,基于Arm的Marvell CPU是一個理想選擇。在云計算市場,Ampere的CPU性能出色。英偉達的CPU為的是解決AI推薦系統(tǒng)和自然語言理解這樣大型AI模型的計算挑戰(zhàn)。

        “我相信未來既需要通用CPU,也需要定制CPU。支持Arm和x86對我們來說都是很好的戰(zhàn)略。”黃仁勛表示。

        CPU與GPU、VCU更加微妙的競合關(guān)系

        既有自研的Arm CPU,也支持x86 CPU,讓英偉達與CPU巨頭間的競合關(guān)系中競爭的成分更高。在PC時代,芯片巨頭間的競爭,是CPU公司或者GPU公司之間的競爭,CPU與GPU公司以合作為主旋律。

        邁入AI時代,英偉達憑借其GPU硬件加上通用的軟件,成為AI芯片公司的代表,在AI市場成為英特爾強大的競爭對手。面向市場空間巨大的云計算和5G市場,英偉達的GPU依舊離不開英特爾和AMD的CPU,但同時英偉達會更加注重Arm架構(gòu)CPU的開發(fā),芯片巨頭間的競合關(guān)系進一步加深。

        這種關(guān)系變化更明顯的轉(zhuǎn)變在芯片巨頭與互聯(lián)網(wǎng)巨頭之間。比如文章開頭提到的谷歌Argos VCU,多年來谷歌都使用英特爾CPU中的視頻編解碼引擎,但隨著視頻內(nèi)容越來越多,以及分辨率越來越高,谷歌需要性能更強但是功耗和成本更低的芯片。

        定制的專用芯片性能往往會比通用芯片更強,通過自研核心功能加上集成第三方IP,能在規(guī)模應(yīng)用中實現(xiàn)優(yōu)勢。谷歌表示,與英特爾Skylake驅(qū)動的服務(wù)器系統(tǒng)相比,其基于VCU的設(shè)備在性能、TCO(總體擁有成本)、計算效率方面實 現(xiàn) 了 7倍(H.264)和 高 達 33倍(VP9)的提升。

        除了VPU,谷歌也已經(jīng)通過自研的TPU減少了購買CPU和GPU。谷歌與芯片巨頭們的關(guān)系,不再單純是緊密的合作伙伴,在特定市場也成為競爭對手。

        對于這種轉(zhuǎn)變,英特爾公司副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理王銳此前對雷鋒網(wǎng)表示,“競爭對手可以在某一參數(shù)或者是在制程上縮短與我們的差距。但要打造整個架構(gòu),在計算和AI的各個方面都要能夠趕超英特爾,不是那么容易的事情?!?/p>

        這是芯片巨頭應(yīng)對技術(shù)、市場變化的自信和底氣,當然,芯片巨頭們也需要更多地考慮與自研芯片的互聯(lián)網(wǎng)巨頭們的關(guān)系。

        不要忽略,無論是芯片巨頭們之間的競爭,還是芯片巨頭與互聯(lián)網(wǎng)巨頭們之間關(guān)系的變化,本質(zhì)上除了市場和應(yīng)用變化的驅(qū)動,還有成熟的芯片產(chǎn)業(yè)鏈,包括成熟的設(shè)計工具、IP、代工廠和封裝,很大程度上降低了GPU公司設(shè)計CPU,以及互聯(lián)網(wǎng)巨頭設(shè)計定制芯片的門檻。

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