小个头大志向 ARM进军低能耗服务器
行业观察
在目前的数据中心，采用X86架构的服务器几乎可以说是“事实”标准，X86服务器在价格和支持软件这两个方面已经大大领先于其他竞争对手。不过随着云计算的大规模应用即将到来，对数据中心的能耗控制及服务器价格都提出了更高的要求。相对于传统的服务器应用，以量制胜的云计算服务器集群更多会考虑购置成本及使用成本。这种发展趋势最终激发了ARM的野心——未来它不仅仅会满足于智能手机、掌上设备、平板电脑等消费类产品市场，新的进攻方向将直指服务器处理器市场。
解读ARM低能耗服务器芯片
ARM 即Advanced RISC Machines的缩写，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 ARM是微处理器行业的一家英国知名企业，它设计了大量高性能、廉价、能耗低的RISC处理器，也开发出了很多先进技术及软件。其产品具有性能高、成本低和能耗低的特点，适用于多种领域。ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为全球性RISC标准的缔造者。目前，有30多家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括英特尔、IBM、LG半导体、NEC、SONY、飞利浦和国民半导体这样的大公司。
也许有不少朋友认为“小小”的ARM进军服务器领域更多是噱头。毕竟在配备ARM处理器的iPhone4上看1080P高清视频还要借助视频硬解码模块，ARM怎么能对付服务器呢？不过服务器从来“就不是一个人在战斗”。看看最近的世界超级计算机TOP500排行榜，排名末尾的机器也使用以万为单位的CPU核心。因此只要“芯”够多，ARM核心同样有潜力匹敌于其他架构的服务器CPU阵列。
在芯片设计上，ARM不同于传统的X86处理器设计，它试图以一种不同的方式产生相同的原始计算能力：英特尔的设计是将数百万个晶体管排列在复杂的构架中，而ARM芯片的架构则注重简捷性，利用数量更少的晶体管实现更高的效率和更快的速度。ARM针对服务器市场的Cortex-A9处理器采用了广受支持的ARM v7架构，基于最先进的推测型八级流水线，该流水线具有高效、动态长度、多发射超标量及无序完成特征。
Cortex-A9微架构提供两种选项：可扩展的Cortex-A9 MPCore多核处理器和较为传统的Cortex-A9单核处理器。可扩展的多核处理器和单核处理器（两款不同的独立产品）支持16KB、32KB或64KB一级缓存的配置，具有无与伦比的灵活性，都能达到特定应用和市场的要求。Cortex-A9 MPCore多核处理器是一种设计定制型处理器，以集成缓存一致的方式支持1个到4个CPU内核，这让Cortex-A9的性能并不逊色于英特尔的Atom。不过Cortex-A9的最大优势还是拥有极为优秀的能耗比——在功耗上比目前服务器市场同类低能耗芯片要低5倍。以1GHz的Armada 310芯片为例，它的功耗只有700毫瓦，即使未来主频提升到2GHz，功耗也不到1W，在每瓦特性能上可以达到英特尔低能耗处理器的8倍，能耗比是英特尔Atom处理器的5倍。
大家不要小看ARM处理器的能耗比。对比Atom，两类处理核心依靠软解码都只能处理480P的视频，但是Atom需要消耗35W以上的能耗，而ARM所消耗的能耗不到0.5W，能耗比达到了70∶1。如果优化得当，相信不需要70颗ARM处理器就能赶上专业服务器CPU的性能。当然，你也不要担心成本问题，在价格方面，ARM芯片和主流X86服务器芯片的差距非常明显，现在一颗英特尔高性能至强处理器的价格至少需要数百美元，而一颗多核心ARM芯片的价格只有35美元左右，价格上的优势给予了ARM很大的发展空间。
下一代ARM处理器支持虚拟化
当然，ARM的目标并不仅仅局限于传统的服务器市场，它的服务器虚拟化计划也正在进行中。代号为“鹰”的下一代ARM Cortex A型处理器将支持服务器虚拟化技术，这或许将会改写目前Web服务器市场的格局。
ARM芯片虽然具有天然的优势，即功耗低、成本低的优点，但性能上还不能和主流的至强、皓龙等X86服务器芯片相比，在对CPU性能要求较高的商业虚拟化平台中，ARM还很难有所作为。而在Web服务器市场上，Web公司相比其他企业用户更加关心服务器系统的弹性、容错能力、采购成本及使用能耗，也没必要采用其他企业用户那种严苛的升级换代方式。一般情况下，网站运营需要的计算能力比传统商业软件需要的计算能力小得多，所以如果“捷达”就能满足需要，为什么一定要买“法拉利”呢？这正是ARM的机会！另外，很多企业用户的服务器上运行的是Windows Server，需要基于X86处理器，而大部分Web2.0公司的数据中心采用的是Linux平台，可以运行在RISC架构上，这给ARM处理器提供了广阔的发展空间。ARM阵营也看到了这点，未来它们的定位是特定的服务器市场，比如互联网数据中心。
当然，要在虚拟化市场有立足之地，软环境同样很重要。目前一些公司，包括服务器虚拟化市场巨头VMware，已经为ARM开发了Hypervisor软件。
ARM服务器芯片影响数据中心的未来
云计算这种基于互联网的新应用模式，让许多服务器的应用从过去主要从事繁重的计算任务，变成了需要处理成千上万用户的简单网络请求。而目前的服务器产品均过分追求性能，与它们实际所要处理的任务之间存在严重的脱节现象，就好像是乘着飞机到杂货铺买东西一样——大材小用，同时也导致产品的能效不够高。这时就要求厂商们必须采用全新的思路来设计服务器，从而实现更节能、更环保的要求。这种发展趋势也使拥有极为优秀的能耗比的ARM处理器成为焦点。
与X86架构的服务器处理器相比，ARM处理器好比QQ车，而X86处理器则好比悍马车。记得几年前，民用悍马吉普作为一种马力强、够拉风的高耗油产品，颇受美国人欢迎。然而在低碳环保的大环境下，人们对这种高耗能车型的兴趣骤然猛降，今天，同样的情形也出现在处理器上。以谷歌为例，目前它拥有超过100万台服务器，占据了全球2%的服务器数量，每年的电费成本十分高昂。此前，谷歌就实施了以SSD硬盘代替传统的HDD硬盘来降低能耗，虽然SSD硬盘的价格和传统的HDD硬盘不可同日而语，但是谷歌宣称使用SSD硬盘省下的电费就能抵消其成本。设想一下如果低能耗的ARM处理器投入使用，那一年又可以省多少电费呢！省钱就是赚钱，因此谷歌也一直都在关注ARM服务器芯片计划的进程。
正因为如此，服务器厂商们也都看到了这一点，目前越来越多的主流服务器厂商开始将ARM处理器列入未来低能耗服务器产品发展计划中，比如戴尔、IBM等知名的服务器制造商都表示，未来会选择ARM处理器来打造低能耗服务器。 比如DELL公司的下一步计划就是为基于Cortex A9的服务器打造标准。
ARM服务器芯片面临挑战
虽然产品拥有极具优势的能耗比，但ARM要想在服务器市场取得成功，仍然要面临较大的挑战。ARM并不是唯一具备生产低能耗芯片能力的厂商，它要面对的强大对手是英特尔。
英特尔推出低能耗Atom芯片的初衷虽然是针对消费电子市场，不过低能耗的优点却让它在低能耗服务器市场大放异彩。虽然Atom的能耗比逊色于ARM，但它却拥有极为成熟的应用环境。同时ARM处理器还有一个缺点，那就是仅支持32位寻址运算，这也大大限制了它的应用范围——对于大型数据中心而言，应付MapReduce、Hadoop等内存密集型算法，配备64位处理器是必需的！目前英特尔对ARM进军服务器市场并没有明确表态，但相信它不会放任ARM不管的，而且以英特尔的技术优势，开发出能耗比更优秀的产品相信不是问题。鉴于“财大气粗”的英特尔横亘在眼前，ARM在进入这个市场领域之前的确要慎重掂量。
另外，服务器更追求系统和硬件之间的协调搭配，尽管ARM方面有很多处理器技术积累，然而I/O配套方面并不是它的强项。此外ARM在操作系统和应用软件方面所获得的支持仍然很有限。目前的服务器操作系统和服务器应用软件大多是针对X86系统和CISC类型的处理器开发的，移植到ARM平台可能需要对多核ARM架构进行一些特殊的修改及相应的测试。比如微软从未在桌面和服务器版的Windows操作系统中加入对ARM的支持，支持ARM仅仅局限于移动版的WinCE和Windows Mobile，即便大家熟悉的RedHat对ARM是否支持都还没有表态，这让ARM服务器处理器的应用蒙上了一层阴影。毕竟如何将成千上万个ARM集中调用起来发挥高性能和多线程的能力，Linux厂商的支持是举足轻重的。因此想说服用户向ARM服务器进行迁移并不是一件容易的事，还需要一个艰苦的研发和测试过程。因此，大家不要指望采用ARM处理器的服务器很快就摆上台面，毕竟这是一个长期规划。
小结：虽然在移动电子设备市场上，ARM的处理器不断攻城略地，但未来以低能耗、低成本、高能效为卖点的ARM芯片是否会引领企业计算领域呢？是否能撼动英特尔和AMD的地位呢？让我们拭目以待！不过就技术角度而言，百家争鸣更能促进处理器技术的发展，无论是制造商还是客户都希望拥有更多的选择。■
