自研Arm CPU 谷歌造芯突圍

本報記者 李玉洋 上海報道

就在英特爾推出最新AI芯片產品Gaudi 3加速卡來硬槓英偉達、AMD的同一天，谷歌也祭出了首款爲數據中心設計、基於Arm架構定製的新型CPU Axion，谷歌造芯系列最新的一集來了。

美國當地時間4月9日，科技巨頭谷歌在雲年度大會Google Cloud Next 24上宣佈了Axion的存在，並表示Axion性能比通用ARM芯片高30%，比英特爾生產的當前一代X86架構芯片性能高50%，且能效高出60%。

“基於Arm架構的芯片一般都能達到高能源效率，所以不是很出奇，而更好的性能則見仁見智，因爲計算性能的評估需要考慮工作類型。”研究機構Omdia AI行業首席分析師蘇廉節對《中國經營報》記者表示。

對於此番谷歌自研CPU這件事，蘇廉節並不感到意外：“雲大廠都在走這條路，華爲的鯤鵬和阿里的玄鐵就是最好例子。”需要指出的是，玄鐵採用的是另一種非X86架構——RISC-V架構。

儘管當前數據中心CP市場相對穩定，但蘇廉節認爲目前的芯片大廠不該掉以輕心，來自雲大廠的訂單或許會下降，預計到2030年雲廠商自研CPU會佔據整體CPU出貨量的20%。而投資機構ARK invest的預測更爲激進：到2030年，在雲業務領域取代X86架構，Arm＋RISC-V的組合所佔據的市場份額將增加至71%。

首款Arm架構CPU

公開資料顯示，谷歌造芯之路是這樣的：自2015年以來，谷歌推出專用芯片張量處理單元（TPU），迄今已發佈了五代；2018年，谷歌發佈了第一個視頻編碼單元（VCU）；2021年，谷歌通過投資“片上系統”（SoC）設計，加大了定製計算的投入，併發布了用於移動設備的三代Tensor芯片中的第一款。

而Axion則是谷歌自研芯片家族的最新成員，其基於Arm的Neoverse 2，專爲數據中心設計。根據谷歌雲內部的數據，與當今雲中最快的、基於Arm的處理器相比，Axion提供的實例性能高出了30%；而與當代基於X86的同類處理器相比，Axion的性能高出50%，能效高出60%。

需要指出的是，在此次Google Cloud Next 24大會上，谷歌還推出最新的TPU：TPU v5p，用於訓練和推理的AI加速器，官方宣稱其計算能力是上一代的4倍。據悉，谷歌的TPU是少數英偉達先進AI芯片的替代品之一，而開發者只能通過谷歌的雲平臺使用，不能直接購買。博通是谷歌生產前幾代TPU芯片的合作方，谷歌並未透露設計Axion是否有合作方，以及博通參與推出谷歌雲第五代TPU v5p的情況。

Axion的推出，也意味着谷歌成爲繼微軟和亞馬遜之後第三家用基於Arm架構推出CPU的雲廠商巨頭。2018年，亞馬遜的AWS推出了基於Arm的Graviton處理器；去年，微軟推出了Cobalt 100，同樣是Arm的架構。

視線再轉移到Axion身上。據悉，Axion適用於支持谷歌的搜索引擎和人工智能等一系列任務，將被用於多種谷歌旗下的服務，例如YouTube廣告投放、大數據分析，將於今年晚些時候提供給Google Cloud客戶使用。

谷歌官方表示，Axion該芯片可以通過幫助處理大量數據併爲數十億名用戶部署服務，將在AI領域發揮重要的支持作用。不過，谷歌並沒有將該芯片視爲一種競爭之舉，谷歌負責自研芯片業務的副總裁Amin Vahdat說：“我覺得這是做大蛋糕的基礎。”

相關數據顯示，雖然廣告依然是谷歌最大收入源，但云計算的增長更快，在谷歌的收入中佔比不斷提高，已接近佔公司總收入的11%。據市場研究公司Gartner估算，2022 年，谷歌佔雲基礎設施市場7.5%的份額，而亞馬遜和微軟合計控制着約62%的市場份額。

“X86 CPU的通用性很強，既能兼容前幾代的系統，也能進行新型的應用，但正是由於兼容性的需求導致芯片無法進行徹底的優化，和新型的Arm芯片對比，某些性能還是欠缺。”蘇廉節表示，雲大廠都在自研CPU，所以英特爾、AMD等傳統數據中心CPU芯片大廠不能掉以輕心。

Arm＋RISC-V的市場份額將超70%？

在去年Arm上市路演的視頻中，英偉達CEO黃仁勳表示：“數據中心芯片將是驅動未來計算的重要力量，如果沒有Arm芯片技術架構、沒有高性能的Arm CPU支撐、沒有Arm的IP授權系統，英偉達無法制造出超級AI芯片。”

集邦諮詢研究顯示，近年企業對於人工智能、高效能運算等數字轉型需求加速，帶動雲端採用比例增加，全球主要雲端服務業者爲提升服務彈性，陸續導入Arm架構服務器，預期至2025年Arm架構在數據中心服務器滲透率將達22%。

那麼，爲什麼Arm等非X86架構的CPU能在數據中心中分得市場？市場研究公司Counterpoint高級研究分析師 Akshara Bassi曾表示：“儘管英特爾仍然是市場領導者，但其市場份額的損失表明AMD不斷增加的產品組合和優於英特爾的業績。正如AWS和阿里巴巴所證明的那樣，由於各種工作負載部署和Ampere Computing的現成解決方案提供的投資回報率，基於Arm的架構芯片繼續獲得發展勢頭。”

事實上，蠶食X86架構的CPU市場份額，不只是Arm架構，還有開源的RISC-V架構。北京嘉楠捷思信息技術有限公司副總裁湯煒偉曾表示，一個新架構想滲透到一個原來的市場裡面去，往往都是“從低向高”滲透的，但這個路線不適合RISC-V。

“Arm是從C端向B端發展過程中滲透到X86市場的，server（服務器）最終使用者是B端，而PC（個人電腦）最終使用者是C端，C端的一個特點是軟件需求非常多、使用非常友好，才能夠得到廣泛認可，體驗足夠好。”湯煒偉認爲，RISC-V會優先滲透server而不是PC，由於server所使用的軟件偏少，只要能在兩三種軟件取得優勢，就能打開一定市場空間。

記者還注意到，芯片大神Jim Keller加入的加拿大AI芯片獨角獸Tenstorrent也在用RISC-V做CPU。Tenstorrent首席CPU架構師練維漢認爲，AI模型的計算不只是矩陣型運算，還有很多需要CPU來做，比如大語言模型的存取非常破碎、混亂，而這是CPU最擅長做的。

“大語言模型有所謂的KV cache，它是給語言模型的一個情景，比如說我談狗的時候，是你的狗還是我的狗？所以說先把token（令牌）碰到KV cache裡，它去找聊天記錄，像這樣的項目非常多，每次開始一個對話，它就做這樣的事情。”練維漢表示，這是一種不同尋常的隨機存取，所以CPU是個好選擇，未來這樣的情況預計會越來越多，所以CPU＋AI引擎是一種好的異構組合。

談及爲何選擇RISC-V來做CPU，練維漢認爲開源和靈活性是選擇RISC-V的重要原因。“RISC-V是開源的，開源的好處是可以做任何修改；從整個計算需求的過程看，靈活性很重要，因爲從客戶端到雲端有很多不同的優化，就需要指令集做靈活的改動。假如用Arm架構的話，任何事情都要和Arm彙報，獲得授權。”練維漢表示，RISC-V是一個非常有靈活性的ISA（指令集架構），是一種計算的未來。

根據ARK invest的預測，到2030年，Arm和RISC-V可能成爲新的處理器標準，在雲業務領域取代X86架構，Arm＋RISC-V的組合所佔據的市場份額，將從2020年的零，增加至2030年的71%。

（編輯：吳清 審覈：李正豪 校對：顏京寧）