AMD攜首款64位ARM架構處理器現身Hot Chips大會

ZDNet至頂網伺服器頻道 08月12日 編譯：AMD公司今天在加利福尼亞州庫比蒂諾召開的Hot Chips大會上披露了更多與其「西雅圖」64位ARM架構處理器相關的信息。

只需對這塊全新皓龍A1100系列系統晶片瞄上一眼，大家就會意識到這絕對是一款面向伺服器的設備，而非針對手持硬體及嵌入式計算等ARM傳統強項的產品，不過其未來在移動環境下亮相也並非不可能，AMD公司CEO Rory Read曾於今年四月作出過此類保證。

與預期相符，西雅圖晶片擁有八個Cortex-A57計算核心——即ARM的頂級設計方案，運行64位ARMv8-A代碼——並將利用28納米製程技術進行製造。

這些核心將運行在2GHz或者更高主頻之下。

八核心西雅圖系統晶片將配備4MB二級緩存與8MB三級緩存;雙64位DDR3/4通道並具備ECC（即錯誤檢查與糾正技術）機制，每條通道包含兩套最高1866MHz的DIMM、單晶片最高支持128GB內存容量;控制器可支持八個6 Gbps SATA3埠、兩個10Gbit乙太網埠以及八條第三代PCIe通道。

西雅圖還利用ARM的系統內存管理單元（簡稱SMMU）將之前提到的各類接口與其A57核心相對接。

SMMU當中的S（系統）其實應該代表Super（超級）或者Steroids（興奮劑）之意，這是因為SMMU的作用遠遠不止通常的地址轉換或者訪問保護那麼簡單：它允許虛擬機管理程序定義每一套訪問系統轉換表，並保持訪客始終處於獨立的物理內存池當中。

SMMU設計方案已經出現數年之久，但其在虛擬化領域的應用仍主要集中在伺服器級系統晶片層面。

而且如果大家對自己的當前系統晶片仍然滿意，ARM也拿出了足以令人動心的設計——在系統晶片中加入另一套系統晶片：在一套系統控制處理器（簡稱SCP）當中包含一個配備64KB ROM與512KB SRAM的小型Cortex-A5核心;常用SPI、UART與I2C接口;TrustZone執行空間以及一個1Gbps乙太網遠程管理埠（RGMII）。

SCP的設計用途在於維護自身（在理論上）安全空間並執行代碼的同時，啟動、配置並監控主處理器。

如果運行在主處理器上的系統發生故障，或者出現其它需要冷啟動的狀況，SCP能夠及時接手設備的處理任務並藉此避免停機事故。

SCP的TrustZone組件能夠確保系統始終以已知良好且安全的狀態實現啟動，這也成為系統可用性保障中的重要組成部分。

西雅圖並不是惟一一款配備搭檔CPU保持順利運作的系統晶片——這類設計還有很多——但這種理念仍然值得稱道。

計算機當中又有計算機……西雅圖晶片當中實際包含兩套系統、只不過有一套被隱藏了起來。

SCP採用UEFI 2.4，就是說在設備開啟之後、該機制會首先對主系統晶片進行初始化，啟用其自有實時作業系統，而後將其餘任務交由A57啟動核心處理、從而加載UEFI ARM固件。

虛擬機管理程序運行在我們的作業系統之下、又有作業系統運行在虛擬機管理程序之下……上圖為西雅圖處理器如何利用SCP完成啟動。

其搭檔處理器當中還包含一個專門用於密碼算法加速的協處理器，其與SCP相對接或者通過內聯機制接入SMMU。

該協處理器提供一個隨機數字生成器，而且能夠與AES、Elliptic Curve Cryptography、RSA以及SHA等算法共同在硬體中實現zlib壓縮與解壓。

伺服器系統晶片剖析……系統晶片功能

為什麼用ARMv8-A取代x86-64？

說到這裡，大家可能會提出質疑，為什麼要採用ARM兼容CPU充當數據中心的處理中樞？ARM架構目前已經在伺服器領域有所建樹——最典型的例子就是將其嵌入至磁碟驅動器的控制器當中。

但目前該架構的最大優勢仍然源自低功耗與低複雜性，因此更適合依靠電池驅動的計算環境。

是什麼因素推動其一路向純計算領域前進？這個問題確實讓很多朋友捉摸不透。

ARM明顯需要儘快迎接64位時代並藉此跨入伺服器領域：它已經向軟體敞開了64位虛擬地址之門，並為來自英國的核心設計師們提供了一套與MIPS64相近的全新精簡化指令集。

ARM還利用物理內存優勢擴大了可用空間，從而將該架構由40位物理地址（最高1TB）提升至48位（最高256TB）。

為了兜售西雅圖晶片，AMD公司強調稱大多數數據中心（例如前端Web伺服器）在實際運作當中都不適合採用功耗驚人而且極端複雜的x86-64處理器，這類任務更應該被交由那些尺寸更小（因此能夠在同一套機架中塞進更多系統）而且功耗更低（這也是ARM家族一直以來的最大賣點）的晶片來解決。

西雅圖晶片的物理尺寸為27毫米x 27毫米，據稱其熱設計功耗為25瓦。

相比之下，採用x86-64架構的八核心2GHz英特爾至強E7-4820 v2處理器為52毫米x 45毫米，熱設計功耗則為105瓦——但需要承認，把二者直接比較其實並不算公平。

也許更公平的對比方式是將對手設定為英特爾凌動C2758處理器：八個x86-64核心、2.4GHz時鐘速率、採用22納米製程、34毫米x 28毫米尺寸、熱設計功耗為20瓦——這款產品代表著英特爾對於低功耗數據中心市場潛在競爭關係所作出的反應。

晶片巨頭給出的答案非常明確：對其x86架構進行瘦身。

伺服器軟體在處理大規模並行請求時往往需要涉及規模龐大的數據集，由此帶來的數據緩存缺失有可能帶來高昂成本。

有鑒於此，AMD方面表示，大家可以選擇緩存更小且複雜程度更低的CPU方案、從而在保證低功耗水平的前提下實現高處理密度。

「西雅圖是一款專為數據中心應用程式打造的密集型伺服器處理器。

其每瓦性能完全符合當下數據中心的設計要求，」AMD公司的Sean White在今天下午5:30分的Hot Chips大會主題演講中指出。

「相當一部分數據中心工作負載其實只包含相當低的單位時鐘指令（簡稱IPC）以及相當高的緩存缺失比例。

對於此類工作負載，像西雅圖這類核心處理能力與緩存容量相對較小的處理器能夠提供與傳統伺服器處理器完全一致的處理效果，但卻帶來更低的功耗與占地空間。

」

為西雅圖構建軟體與硬體

AMD公司還將展示其西雅圖參考系統，兩套該系統能夠以2999美元構建起開發體系：一台2U頂架式設備，配備一套第三代PCIe 8插槽或者兩套第三代PCIe 4插槽接口，最多支持接入八塊硬碟驅動器、一塊配備單一西雅圖系統晶片的MicroATX主板、兩個10Gbit乙太網埠、四個I2C接口、兩個串行埠、64位ARM Linux Fedora發行版、Java 7與8的ARMv8-A版本外加常見的CGG工具鏈。

Hot Chips大會上展示的西雅圖參考主板。

當然，AMD公司並不是惟一一家致力於打造64位ARM晶片的廠商——雖然西雅圖確實開了此類方案的先河。

全志科技與三星電子希望將自己的方案引入可攜式設備及手機等產品當中;蘋果則已經以iPhone為舞台展示了其ARMv8-A兼容性系統晶片。

初創企業Calxeda非常遺憾地無法在短時間內將其64位ARM核心推向市場，研發工作已經使其資金捉襟見肘。

西雅圖晶片將由GlobalFoundries負責製造，並計劃於2014年第四季度正式投放市場。