伺服器晶片市場要變天！亞馬遜ARM架構晶片牛在哪？

智東西（公眾號：zhidxcom）編 | 心緣

智東西11月28日消息，就在昨日，公有雲計算大戰出現重要節點！亞馬遜雲計算部門（AWS）正式對外發布了基於ARM架構的雲伺服器晶片Graviton及基於該晶片提供的EC2 A1虛擬伺服器，宣稱對部分工作負載能耗可降低45%。

這意味著亞馬遜AWS已經建立了自己的伺服器晶片，並且成為第一家公布了基於ARM架構的定製CPU的主流雲服務提供商。

Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) 是一種 Web 服務，可提供在雲中大小可調的計算容量。

該服務旨在讓開發人員能更輕鬆的進行網絡級規模的計算。

EC2 A1也是全球第一批提供ARM架構處理器的雲服務，提供了除了英特爾和AMD伺服器處理器之外的第三個選擇。

這個雲服務究竟有哪些特別之處？它又透露出Graviton處理器的哪些性能？本文將對這些問題進行詳細解讀。

一、亞馬遜推出自研伺服器晶片

在拉斯維加斯舉行的AWS re:Invent 2018用戶大會上，AWS全球基礎設施和客戶支持副總裁Peter DeSantis在發表主旨演講時說到，其新的EC2 A1計算服務依賴於Annapurna實驗室研發的基於ARM架構的Graviton伺服器處理器，此前亞馬遜數據中心使用的是AWS已經運行的英特爾至強（Xeon）和AMD霄龍（Epyc）處理器計算服務。

Annapurna實驗室是一家以色列晶片開發商，這家公司在2015年被亞馬遜以3.5億美元收購。

▲AWS全球基礎設施和客戶支持副總裁Peter DeSantis

DeSantis表示，之所以被稱為A1，其意圖是橫向擴展運行在許多機器上的應用程式，提高許多Web應用程式的質量。

具體而言，它們適用於容器化微服務或捆綁的應用程式。

因此，它們可以運行在多種計算機和軟體上，以及Web伺服器、開發環境和緩存伺服器組。

Graviton處理器的誕生是ARM處理器優勢的象徵。

ARM處理器通常主要用於智慧型手機、IoT等低功耗設備以及網絡路由器。

如今，它們開始進入主流數據中心伺服器。

相比英特爾或AMD公司的處理器，該處理器在運行特定工作複雜時，比如Web伺服器來說其處理器運行特定工作負載時的成本可能會降低45%，但是AWS的這個數據是如何得來的。

目前EC2 A1可在美國東部、美國東部、美國西部和歐洲（愛爾蘭）地區使用，並且可以運行在亞馬遜 Linux、紅帽企業版Linux和Ubuntu上編寫的應用程式。

如果Windows Server被移植到AWS Arm伺服器晶片，那未來會不會很有趣？

二、EC2 A1的進給量和速度

此前，高通放棄了其Centriq 2400處理器，Applied Micro剛剛在其X-Gene被Ampere（一家由私募股權公司凱雷集團Carlyle Group資助的新公司）收購之前喘口氣。

不過AWS沒有選擇配置近期的Arm架構伺服器處理器領導者——Marvell（前身為Cavium公司）的ThunderX2晶片，而是已經打造出自己的伺服器晶片，當然這也不意味著亞馬遜公有雲以後不會用Marvell和Ampere的Arm晶片。

AWS已經在Annapurna實驗室內部開發其「Alpine」系列的雙核和四核Arm晶片，為它的伺服器集群創建SmartNIC。

這些SmartNIC是該伺服器集群不可或缺的一部分，除了EC2上的英特爾Xeon、AMD Epyc、和現在的Graviton處理器的作業系統和應用程式之外，幾乎可以卸載所有功能，以便這些雲服務中的計算核心可用於運行應用程式。

亞馬遜和Annapurna實驗室自2016年1月首次亮相以來一直沒有披露過Alpine系列晶片，當時它推出了32位Armv7和64位Armv8設計，並表示他們擁有支持DDR4內存和裸片上的2MB L2緩存等「企業級性能和功能」。

▲Alpine晶片用於網絡設備（家用路由器和基本乙太網交換機）以及存儲設備的列表

上圖是將Annapurna的Alpine晶片的列表用於網絡設備（家用路由器和基本乙太網交換機）以及存儲設備的列表，包括基於Arm Holdings的Cortex-A15內核的雙核和四核32位元器件，其中雙核晶片的運行頻率為1.4 GHz，四核晶片的運行頻率為1.7 GHz，另外基於Cortex-A57設計的四核晶片的運行頻率也在1.7 GHz。

這些Arm Cortex內核同時運行超標量流水線（superscalar pipelines）和亂序執行，但它們沒有超線程。

由於亞馬遜暫未透露詳情，進給量和速度（feed and speed）都暫無讓人印象深刻的具體信息。

不過根據現有信息可以大致得知這些設備對於亞馬遜來說有多便宜，以及他們可以通過多少伺服器卸載計算來提高AWS的整體伺服器、網絡和存儲效率。

與此同時，Mellanox正在推Bluefield多核ARM處理器，微軟正在Azure公有雲中的伺服器上使用FPGA晶片作為網絡加速器和計算引擎，Netronome兜售其Agilio網絡適配器。

根據現有信息，Graviton似乎是一個相當實用的處理器，而且和英特爾的「Skylake」Xeon-D-2100 v2類似，後者有8到18個核心，運算頻率在1.6 GHz到2.3 GHz之間。

AWS網站上有標明Gravitons基於64位Neoverse內核，這幾乎可以確定其「Cosmos」內核是特定的，包括Arm的Cortex-A72或Cortex-A75設計的調整版本。

這些設計旨在以16納米晶片製造工藝實現，可能意味著選用了台灣半導體製造公司作為代工廠。

Neoverse在10月對數據中心Arm處理器進行改造和品牌重塑，使它們每年性能提高30％，並沿著到2021年從7納米發展到5納米的路徑前進。

根據AWS的公開顯示，外界從EC2 A1了解到的Graviton處理器，支持多達16個虛擬CPU（vCPU）和高達32 GB的主內存，其伺服器適配器網絡帶寬高達每秒10 Gb，其Elastic Block Store（EBS）帶寬高達每秒3.5 Gb。

目前AWS沒有證實它正在使用哪個Cosmos內核，也沒有證實Graviton有16個核心並且沒有同步多線程來為每個核心提供多個虛擬線程。

（SMT支持通常由Arm許可證持有者添加，並且尚未成為Arm的基本內核許可證的一部分。

這可能會隨著2019年到期的「Ares」內核而改變。

）

不過，AWS已向The Next Platform確認這些EC2 A1的Graviton晶片運行頻率為2.3 GHz。

就raw整數計算而言，Graviton處理器應該可以與Xeon-D抗衡。

以下是不同A1服務的進給量和速度：

The Next platform懷疑其晶片的內存不是很多，他們假設沒有很多的內存帶寬，特別是假設只有一個內存控制器和兩個內存通道。

Xeon D-2100 v2處理器有兩個內存控制器和四個內存通道，最高容量為512 GB，配備非常昂貴的128 GB記憶棒，但即使使用便宜的8 GB可攜式記憶棒能可輕鬆達到32 GB。

Annapurna實驗室可能在其晶片上放置了大量內存控制器，但The Next platform也認為它不支持同步多線程，因此The Next platform預計其晶片上有16個內核。

一個很好的平衡是每八個內核有一個內存控制器，但如果想讓計算容量和內存帶寬恢復平衡，甚至可能用四個內存控制器更好。

由於AWS沒有炫耀這件事，因此The Next platform懷疑它沒有這樣做。

AWS警告說，這些A1實際上是用於不特別限制內存帶寬的橫向擴展工作負載，例如Web伺服器、開發環境、緩存伺服器或容器化的微服務。

除基於Arm的A1外，AWS還在EC2主題上啟動了一些其他基礎架構變體。

新的C5n服務在它們之間運行100 Gb/秒乙太網網絡，這使它們適用於某些與帶寬相關的HPC仿真和建模、機器學習訓練和密集數據分析工作負載。

與C5和C5d一樣，這些C5n基於具有自定義「Skylake」Xeon SP 8000 Platinum系列處理器的雙插槽伺服器節點，看起來它們每個晶片有18個內核，運行頻率為3 GHz。

最後，AWS正在為去年10月推出的P3 GPU加速服務帶來每秒100 Gb的乙太網網絡和最高可達到每秒25 Gb的伺服器鏈路。

這些具有更快網絡連接的P3dn將於下周推出，它們還配備了具有32 GB HBM2內存的「Volta」 Tesla V100 GPU加速器，而不是用在原始Voltas以及原始P3中的16 GB內存。

這些服務基於一對定製的24核Xeon SP處理器，而且機箱中最多有8個GPU。

結語：或將打擊英特爾和AMD？

此前英特爾在伺服器晶片市場的占有率非常高，亞馬遜、谷歌、微軟等主流雲服務提供商的數據中心都在使用英特爾晶片。

此前幾乎壟斷移動終端晶片市場的高通也曾進軍伺服器領域並計劃推出ARM架構伺服器處理器，不過這一項目似乎尚未透露進一步消息。

雖然微軟在去年也推出過支持ARM架構處理器的Windows Server作業系統，不過直接將基於ARM處理器的計算租賃產品用在雲計算服務的公司，亞馬遜是全球第一家，而這一舉動或許是雲服務提供商將要降低對英特爾至強處理器依賴的重要一步。

原文來自：The Next Platform