入侵X86伺服器晶片市場，ARM準備好了嗎？

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在近日於美國矽谷舉行的開放運算計畫(OpenCompute Project，OCP)年會上，聚集了資料中心領域的重量級大咖；其中微軟(Microsoft)透露正在測試來自凱為(Cavium)、高通( Qualcomm)以及至少另一家晶片供應商的ARM伺服器處理器，為ARM陣營挑戰主流英特爾(Intel)x86架構再添希望；Facebook則發表了一系列全新伺服器。

Facebook與微軟都宣布了採用NVLink連結8顆Nvidia Pascal晶片的加速器系統；此外IBM展示了第一批採用Power 9處理器的主機板，內含賽靈思(Xilinx)的FPGA以及以色列業者Mellanox的乙太網路交換器，採用Power 9率先支持的最新PCIe 4連結介面。

整體看來，今年的OCP大會顯示目前資料中心硬體領域活力充沛，但呈現多元發展的趨勢；該計畫目前有195家成員，其線上商店有70款產品，有部份還未將硬體設計檔案開放，而即使是大咖成員如Facebook與微軟的最新主機板，也是採用截然不同的設計。

微軟開始評估ARM架構伺服器的舉措，可說是今年OCP大會上最讓眾人跌破眼鏡的訊息；該公司的測試是將來自Azure雲端服務的一套生產應用程式，以及.Net應用程式架構、還有某個僅供內部使用的Windows Server作業系統版本移植到ARM伺服器。

微軟還協助高通與Cavium以其Project Olympus標準設計主機板。

在位於美國華盛頓州Redmond總部的實驗室進行初步評估之後，微軟將在位於亞洲的一個據點，以小規模的叢集測試超過200片新主機板；不過該公司未透露其早期評估結果，以及測試時間將為期多久。

微軟的高層十分熱衷於探索在資料中心廣泛使用ARM處理器的潛力；在兩年前加入微軟資料中心部門、曾任職於AMD參與ARM架構處理器開發的Leendert Van Doorn表示：「我們進行了以雲端服務與生產系統並行的評估，結果相當令人驚艷。

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微軟與凱為、高通的合作將跨越數個世代的處理器；圖為微軟的Leendert Van Doorn (右)與Kushagra Vaid在OCP年會上展示高通的ARM伺服器主機板（來源：EE Times）

Van Doorn表示，初步評估將涵蓋Bing搜尋引擎、微軟的Cosmos巨量資料分析、儲存以及機器學習：「這些索引是我們資料中心容量的一半，因此相當有潛力；」而在另一方面：「我們並沒有看到在我們內部應用程式之外以ARM伺服器執行Windows Server的任何機會，」因為一般企業用戶會執行很多種的既有x86架構應用程式。

Facebook與惠普(HP)都設計了一些早期的ARM伺服器系統，但都非常低調；那些新型處理器支援更多核心以及執行續，能媲美最新一代的英特爾Xeon晶片；Van Doorn指出：「今年我們看到的伺服器真的很強，而以我們的工作量來說正需要那種強大性能，太弱的伺服器不行──產業界其他廠商也有類似的體驗。

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Van Doorn表示，有很多因素減輕了移植軟體的繁重工作；微軟控制自家的程式碼基底(code base)，使用越來越多的無關CPU(CPU-agnostic)韌體以及限制數量的周邊。

微軟與凱為、高通的合作將跨越數個處理器世代，而微軟對新一代記憶體架構以及處理器介面的興趣也很濃厚，例如預計2019年問世的CCIX與Gen-Z；Van Doorn甚至猜測ARM將會擴展其指令集架構，讓使用獨立16、32與64位元作業系統程式碼空間比英特爾架構更容易，因為後者有更多舊版本程式需要支援。

微軟在網路伺服器主機版測試凱為處理器

「當我們因為無秩序的執行而耗盡精力，人們就會重新檢視能讓資料流執行以及各種東西，並催促我們邁向下一個階段；」Van Doorn表示，相較於類似版本的x86架構：「第四版的ARM ISA相對簡單多了。

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其他微軟可能合作的處理器供應商，只有收購了AppledMocro以及其ARM處理器部門X-Gene的Macom代表們有現身；但該部門準備要被出售。

沒出現的是兩家中國廠商，一是華為(Huawei)，另一家則是新創公司飛騰(Phytium)。

微軟的JBOD主機板採用高通的ARM伺服器處理器

在處理器議題上面面俱到的微軟還展示了採用英特爾下一代Skylake處理器與AMD Zen架構Naples處理器的Project Olympus主機板(下圖)，是在OCP首度亮相。

不過微軟把採用英特爾Skylake處理器的主機板上之記憶體卡蓋住了(下圖)，也沒有預先公布該晶片的功能；針對業界認為他們會採用英特爾3D Xpoint記憶體(Optane技術)的預期，該公司的一位發言人婉拒發表任何評論。

而微軟以及Facebook不約而同展示了加速器系統。

微軟(Microsoft)在OCP年會上展示了HGX-1 GPU加速器(下圖)，採用了4個96通道的PCI Express (PCIe)交換器，以總數32顆GPU連結最多四個機箱；該公司資料中心硬體事業群總經理KushagraVaid表示：「沒有其他方案能提供這麼高的擴展性。

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Facebook的新一代Big Basin加速器(下圖)，採用了充分發揮Nvidia NVLink高速互連介面的類似方案，將8顆Pascal 100 GPU放進一個機箱，以4個PCIe交換器連結遠端伺服器。

Facebook升級x86系統

在微軟朝多處理器架構邁進了一大步的同時，Facebook伺服器則是以英特爾架構設計、偏向漸進式的演變；舉例來說，採用新一代英特爾處理器的第二版Yosemite伺服器(下圖)，支援一個單插槽CPU卡，能在不必關閉其他三個被封在單一節點(sled)之伺服器情況下進行替換。

還有雙插槽的Tioga Pass伺服器(下圖)，為先前的Leopard伺服器添加更多PCIe連結，並將乙太網路連結升級到100 Gbits/s。

在儲存伺服器方面，Bryce Canyon內含72個硬碟，比先前的Open Vault多了20%，並以英特爾的Broadwell處理器做為控制器；Lightning快閃記憶體陣列採用新的金屬託架，能以更佳散熱效果支援更高密度的M.2快閃記憶體卡。

Facebook技術策略總監Vijay Rao表示，就像先前協助為新一代的儲存等級固態硬碟(SSD)開發軟體，現在該公司也正在開發永久讀取快取記憶體(persistentread cache)的程式碼；不過Facebook並未透露任何關於去年問世之英特爾3D Xpoint記憶體方面的研發進展。

此外還有少數關於48V伺服器的新訊息，這是Google在去年推動的規格；有幾個話題討論了相關趨勢，並至少有兩家板卡製造商展示了支援該規格的x86系統原型，但看來12V系統仍然是今年OCP大會上的主流。

Facebook還採用博通(Broadcom)的100Gbit/sTomahawk II晶片升級了網路交換器。

上圖的背板在6U機箱中搭載了12顆Tomahawk II晶片，能做為枝葉(leaf)或是主幹(spine)交換器；下圖的置頂式交換器Wedge 100S則只用了一顆TomahawkII做為機頂(top-of-rack)交換器，並以升級的Xeon控制器來因應阻斷式服務攻擊。

Facebook預期上述兩款系統將於本季量產。

凱為(Cavium)與新創公司Barefoot也展示了採用自家晶片的Wedge交換器；Facebook鼓勵了不少網通領域的新廠商，包括台灣的新創公司擎發通訊(Nephos)，但是到目前為止Facebook還是只採用博通的晶片。

微軟在去年推出了Sonic抽象層軟體，旨在削弱底層晶片規格的重要性；微軟的Vaid表示：「最後交換器可以更像是伺服器，」這將為新的連網應用程式以及白牌交換器供應商帶來機會。

Power9與PCIe 4齊亮相

IBM在今年OCP大會上展示了配備去年發表之Power 9處理器的第一款雙插槽主機板樣本(下圖)；該款為雲端服務業者Rackspace打造的Barrel Eye 2支援最多4顆Nvidia NVLink GPU ，以及OpenCAPI與PCIe 4。

賽靈思(Xilinx)與Mallanox則分別發表了也支援PCIe 4的一款Virtex FPGA以及100G乙太網路轉接器。

Google展示了一款較簡單的設計(下圖)，只採用了一個開機硬碟而非上面Rackspace主機板採用的25個NVMe固態硬碟；IBM與Google的設計也是少數在OCP上亮相的48V伺服器。

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