【转帖】处理器史话 | 服务器CPU市场的战役， AMD、Intel和ARM的厮杀

处理器史话 | 服务器CPU市场的战役， AMD、Intel和ARM的厮杀

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说完了个性鲜明的消费类电子，接下来聊一聊通用的“巨无霸”型 CPU——服务器 CPU。
服务器 CPU，顾名思义，就是在服务器上使用的 CPU。

众所周知，服务器是网络中的重要设备，要接受少至几人、几十人，或者多至成千上万人的访问，因此，对服务器具有大数据量的快速吞吐、超强的稳定性、长时间运行等严格要求。作为计算机“大脑”的 CPU，是衡量服务器性能的首要指标。

关于服务器的 CPU 类型的区分，早期延续了指令系统的方法，通常分为 CISC 型 CPU 和 RISC 型 CPU 两类，后来又出现了一种 64 位的 VLIW(Very Long Instruction Word 超长指令集架构)指令系统的 CPU。

目前，在中高档服务器中采用 RISC 指令的 CPU 主要有以下几类：
(1)PowerPC 处理器；
(2)SPARC 处理器；
(3)PA-RISC 处理器；
(4)MIPS 处理器；
(5)Alpha 处理器；

关于 CISC 和 RISC 的定义及区分，详见前文，这里只对 CISC 和 VLIW，做一下对比，见下表。

	CISC	VLIW
定义	基于 PC 机体系结构，一般都是 32 位的结构 IA-32(IA: Intel Architecture，Intel 架构)	超长指令集架构，采用了先进的 EPIC(清晰并行指令)设计，称为 IA-64 架构(包括 Intel 研发的安腾处理器)
主要厂商	Intel 的服务器 CPU AMD 的服务器 CPU	Intel 的 IA-64 AMD 的 x86-64
优点	以“小、巧、稳”"为特点，凭借可靠的性能、低廉的价格，得到了更为广泛的应用。 在互联网和局域网领域，用于文件服务、打印服务、通讯服务、Web 服务、电子邮件服务、数据库服务、应用服务等用途。
缺点		缺乏与 x86 的兼容。

关于 IA-64 的兼容问题，Intel 也是煞费苦心。初期 Intel 为了 IA-64 处理器能够更好地运行两个朝代的软件，它在 IA-64 处理器上(Itanium、Itanium2 ……)引入了 x86-to-IA-64 的解码器，这样就能够把 x86 指令翻译为 IA-64 指令。这个解码器并不是最有效率的解码器，也不是运行 x86 代码的最好途径(最好的途径是直接在 x86 处理器上运行 x86 代码)，因此 Itanium 和 Itanium2 在运行 x86 应用程序时候的性能非常糟糕。这也成为 X86-64 产生的根本原因。

最后值得注意的一点，虽然 CPU 是决定服务器性能最重要的因素之一，但是如果没有其他配件的支持和配合，CPU 也不能发挥出它应有的性能。

那么问题来了，同为 CPU，服务的 CPU 和普通的 CPU 有哪些不同呢？

1. 服务器 CPU 与普通 CPU 的 PK
没有对比就没有伤害，请看下面的实例：
一台普通的 P4 3.0 和一台 DELL 服务器的 3.0 内存都是 2G，主频相同、内存相同，它们的差异在哪里？

答案是整体性能的表现不同，因为服务器 CPU 设计要求与前者不同，相关要求及参数如下表：

服务器 CPU 与普通 CPU 的设计要求对比表

参数	服务器CPU	普通CPU
运行时间	可连续运行时间长，基本都是设计为能常年连续工作。 稳定性更好，当然价格更贵	按 72 个小时连续工作而设计的
多路级联	支持多路互联，简单的说就是 1 台机器可装很多 CPU	不支持
RAID 功能	服务器具有 RAID 功能，支持盘阵
其他	运用大量的先进技术，价格贵

上表只是设计的理念上的不同，那么二者在现实中的差异如何呢？

根据应用的不同，两者的差别很大，关于这一点，有一个形象的比喻：PC 就相当于什么都会的门诊医生，但是医术不是那么精湛，而服务器就应该是某个方面的专家了，处理能力越出众，它“专”的就越厉害。

关于这个“专”字的理解，可以从硬件和软件两方面来看。

首先从硬件上看，详细的数据如下：

服务器 CPU 与普通 CPU 的硬件参数对比表

	普通 PC	服务器
CPU 指令集	通常为 CISC 复杂指令集，追求指令集的大而全，尽量把各种常用的功能集成到一块 调用速度和命中率相比服务器 CPU 较低一些	一般是采用的 RISC，针对性更强，可以根据不同的需求进行专门的优化，能效更高
内存	满足要求即可	服务器上的原则也上越快越大越好，不过它对纠错和稳定提出了更高的要求
缓存	近几年才用上了缓存技术。	往往应用了最先进的工艺和技术，并且配备了一二三级缓存，运行能力更强 服务器 CPU 很早就用上了 3 级缓存
硬盘	满足要求即可	一般都是企业单位，里面都是保存了大量珍贵数据，这对硬盘就提出了安全稳定的要求 必须能做到 24*7 不间断工作的要求
显卡	用户根据要求，自己选择，如：游戏机需要高配置的显卡。	通常没有显卡卡槽，自带的核心显卡即可满足需求
总线	带宽低	带宽高
其他接口	通常为 Socket 775	大多为 Socket 771、Socket 775、LGA 2011、LGA 1150
CPU 价格	通常几百元到几千元，主流产品价格基本在千元左右	一般服务器 CPU 价格都在千元以上，高端服务器 CPU 都是在万元以上，甚至几十万

接下来说说软件，软件就主要指操作系统，比如熟悉的 NT，2000 SERVER，2003 SERVER，LINUX，SOLRAIS 和 UNIX 等等，都是专门针对服务器设计的。

不过，CPU 的性能主要靠主板和内存才能完全发挥出来，因此服务器 CPU 与普通 CPU 不要混用，这是由于先天性的设计特点，很多家用电脑的主板是不适合服务器 CPU 使用的，即使可以用，很多时候也无法保证发挥出其性能优势。毕竟尺有所短寸有所长，两者定位与设计不同。

2. AMD、Intel 和 ARM 在微服务器市场的厮杀
目前，全球领先的微服务器 CPU 生产厂商有三大巨头，分别是 AMD、Intel 和 ARM，它们各自在服务器处理器领域的突出贡献，那么到底谁称得上是这个行业的第一呢？

看到这里，读者也许会提出疑问：关于服务器的 CPU，为什么不提 IBM 呢？

这里不回答，看看前文就知道了。

（1）三大巨头的技术 PK 之路
下面，摆事实，列数据，请看上述三大巨头在服务器方面的发展简历：

芯片厂商在服务器 CPU 方面的技术发展历程

时间	技术	厂商
2006 年	CPU 超线程技术 利用特殊的硬件指令，把多线程处理器内部的两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，从而使单个处理器就能“享用”线程级的并行计算的处理器技术。多线程技术可以在支持多线程的操作系统和软件上，有效的增强处理器在多任务、多线程处理上的处理能力。	Intel
2007 年	65 纳米制造工艺应用于 AM2 系列产品，Athlon 64X2(3800+、4200+、4600+)。 相对于英特尔产品已抢占 65 纳米的先机，再加上陆续推出的新一代 Core 微架构处理器，AMD 只能凭借降低制造成本，展开价格战，予以回击。	AMD
	45 纳米 CPU 突破硅处理器瓶颈	Intel
2009 年	推土机 12 核 CPU 将采用 Multi-Chip Package 技术，把两颗六核心封装在同一颗处理器上，同时将改良内存技术减低内存延迟的出现	AMD
2010 年	多核 CPU 单线程性能技术 开发了一项名为"Anaphase"的技术这个硬件与软件的混合体采用了多个内核来提高单线程性能，依赖不同的猜测技巧来自动分区单线程应用，这样就可以在多个内核上处理这些应用。	Intel
2010 年	Sandy Bridge GPU CPU 融为一体 将 GPU 和 CPU 融合成为了一颗芯片，这是显示核心的全新实现方式，同时也标志着 CPU 进入了 32 纳米的时代。CPU 与 GPU 的融合也是的他们之间的界限不再明显。	Intel
2011 年	APU 迎战新酷睿 AMD 第一款融核加速器代号“Ontario”面向便携领域，功耗只有 9W。基于 Bocat 架构的 X86 CPU 有单核心、双核心、两种。低功耗和小体积是这款 APU 的优势和特点。	AMD
2012 年	ARM 乱入，CPU 市场打破格局 ARM 服务器处理器相比于英特尔处理器的最大优势在于低能耗，将 EnergyCore ECX-1000 与英特尔服务器处理器 E3-1240 对比测试，其节能性的特点较为突出。每瓦特性能上，EnergyCore ECX-1000 是英特尔 E3-1240 的 15 倍。	ARM

　
从以上的服务器 CPU 发展历程，可以清晰的看到，长期以来，服务器处理器领域都是 Intel 和 AMD 二分天下，从普通的 PC 机到服务器，他们一直是“最佳”竞争对手。但随着服务器的不断发展，低功耗，高性能的微服务器逐渐成为新的发展方向，作为后起之秀的 ARM 服务器处理器，大有后来者居上的趋势。ARM 架构相比 Intel 的 X86 架构也有其优势，那就是功耗相比后者要低的多，而能耗正成为数据中心的一大成本，低功耗的特点让 ARM 架构在数据中心中具有很强的竞争优势。

不过 Intel 和 AMD 都在向微处理器领域发展。

早在 2012 年底，Intel 发布了最新的 Atom S 系列的服务器芯片，此次发布的 Atom S1200 处理器中，功耗最低只有 6W。Intel 表示，采用该芯片，设备制造商可设计出高密度、低功耗的微型服务器产品，应用在网站代管、内容服务，或是网站前端服务器上，或是应用在需要大量部署服务器，需要高密度服务器节点、降低耗电量的数据中心。

Atom S1200 系列处理器

2013 年 9 月，Intel 推出低功耗 Atom 服务器芯片——代号“Avoton”，作为 Atom C2000 产品家族中的一员，Avoton 芯片将主要应用于高密度服务器。而作为第一代 Atom S1200 代号“Centerton”服务器芯片的后续产品，相比此前的架构有了重大的改进。
此后，各大厂商纷纷应对，向 Intel 的低功耗服务器 CPU 发起挑战，最“激动”的莫过于老对手 AMD。2016 年 1 月，AMD 新的 Seattle 服务器芯片开始出货，它是该公司的第一款 ARM 架构处理器， AMD 希望用 ARM 架构服务器处理器挑战 Intel 的统治地位。

AMD 的第一款 ARM 架构服务器 CPU

（2）三大 CPU 厂商的优势对比
如今在处理器市场，三家可谓都如坐针毡，一个是想进入企业级领域的新兴 ARM，另两个是一直的统治者，三者之间的关系错综复杂，但是他们的竞争是不可避免的，但有竞争就有失败，下面分三个方面来看一下各自的优缺点。

硬件支持
硬件支持是一个处理器成功非常重要的条件，英特尔和 AMD 在企业级处理器方面有很多合作伙伴，而 ARM 虽然发展势头正猛，但是其在企业级领域方面并没有经验，其缺少与 OEM 厂商或 ODM 厂商，但其在去年拉拢了 AMD 也许对 ARM 会有所帮助。

软件支持
软件对处理器同样非常重要，这方面跟硬件方面的情况差不多，ARM 在软件方面支持缺少相应的厂商，其支持者主要是开源方面的一些厂商，但是英特尔和 AMD 在这方面已经非常完善。

经验
ARM 在处理器市场也有着非常多的经验，而且其特殊的商业模式让其在市场上的合作伙伴非常多，但是在面对市场竞争方面，显然英特尔更有经验，而且英特尔可以说屡战屡胜。AMD 则要稍逊。

3. 国产 CPU 当自强
在低功耗 CPU 处理器方面，中国也不甘示弱，取得了令世界瞩目的成绩。

2016 年 6 月，华为采用自主架构的 ARM 架构服务器芯片已经研发成功，被命名为 TAISHAN ARM 服务器芯片，这意味着其在服务器芯片市场终于要大干一场。

华为 TAISHAN ARM 服务器芯片

2016 年 8 月 23 日，由中国天津飞腾信息技术有限公司设计的一款代号为 FT－2000／64 的 64 核中央处理器及其服务器样机，在硅谷举行的一场国际研讨会上首次公开亮相，连续 3 天的展示吸引了国际同行关注。

FT－2000／64 处理器采用“进阶精简指令集机器”（ARM）架构，兼容 64 位指令集，集成 64 个飞腾公司自主设计的处理器核心，核心频率 2.0 千兆赫兹，浮点运算的峰值速度为每秒 5120 亿次。

FT－2000／64 服务器 CPU

FT2000，它最早亮相于 2015 年的 HotChips 大会，代号“火星”，定位于高性能服务器、行业业务主机等。火星处理器采用 28 纳米生产工艺，主频为 1.5GHz～2.0GHz，功耗 100W~120W。

FT2000 之所以引人注目还因为在性能方面，其公布的 Spec 2006 测试中，成绩为整数 672，浮点 585，足以和 Xeon E5－2699v3 相媲美，这也是国产服务器芯片第一次在性能上追平 Intel。

又是一场关于 CPU 的混战，那么服务器类 CPU 将来的发展如何？谁将成为服务器 CPU 的霸主？一切交给时间吧。