ARM加速更迭，國產替代迎新戰機_風聞

配圖來自Canva可畫

近年來ARM的風頭，似乎正在蓋過傳統的X86架構變得日益流行起來。其實，早在更早之前ARM就統治了手機、嵌入式應用市場，還在蘋果的加持下在PC賽道嶄露頭角；如今在一些高性能計算領域，ARM更是贏得了一眾雲服務廠商的青睞。

隨着眾多廠商的入局以及ARM技術優勢的顯現，ARM架構在數據中心服務器市場的滲透率正在逐年提升，基於此業內甚至不時發出ARM時代到來的感嘆。不過，當前行業是否進入了ARM時代還值得商榷，但一個不容置疑的事實就是圍繞ARM的擴張運動，已然拉開了帷幕。

ARM架構加速滲透

根據TrendForce數據預測，隨着雲數據中心採用推動的逐漸增長，預計到2025年，ARM架構在數據中心服務器市場滲透率將達到22%。這個數據意味着基於ARM架構的服務器，將在未來3年實現翻倍增長，這也意味着ARM將帶來不可逆的行業變化。

長期以來，PC端的CPU多是基於Intel的X86架構以及後面擴展的X86-64架構，其主要的代表性廠商是intel和AMD。事實上，也只有intel、AMD和台灣威勝公司，擁有X86的長期授權，隨着X86的大放異彩，這些相關公司也都一一賺的盆滿缽滿、聲望如日中天。不過，眼下這種局面正在隨着ARM架構的崛起而發生扭轉。

據分析機構New Street Research估計，在價值250億美元的智能手機芯片市場，ARM約佔 99%的份額。從無人機、洗衣機到智能手錶、汽車等各個領域，其產品被廣泛應用於各個領域，而ARM能夠受到越來越多的歡迎，與其自身在多方面的優勢分不開。

首先，是具備降低硬件成本、提升效率的性能優勢。近些年來隨着技術的發展，X86在不斷實現複雜功能指令的指引下將指令集變得愈加複雜，後來的研究者逐漸發現了這種模式的不足，於是推出了精簡指令集，這為隨後出現的ARM誕生奠定了很好的基礎。ARM處理器的ISA複雜度更低，開發成本更低，且能夠勝任簡單且多線程的負載，這也是其受到了外界越來越多重視的原因之所在。

其次，ARM此前被人詬病的軟件短板也在逐漸被補齊。目前，所有的大型操作系統包括Linux、BSD、Windows都可以得到ARM架構的支持；容器化，包括虛擬化工具如docker、VMware、KVM和Kubernetes都可以在ARM架構內運行；編程語言，包如CUDA和Java也都可以得到ARM的支持。

有了這些軟件層面的支撐，ARM架構與X86架構在面對用户時已經沒有太多區別了。再加上ARM本身的低費用和高運行速度，用户自然更願意選擇性價比更高的ARM，ARM的這種性價比優勢，也讓它在曾經“敗北的”服務器市場再次“捲土重來”。

ARM服務器嶄露頭角

其實，ARM早就對服務器芯片市場“垂涎已久”，怎奈ARM在整個市場的發展並不如意，其也曾經幾度在服務器市場折戟。儘管如此ARM依舊沒有放棄這個市場，並伴隨着雲服務的快速崛起，其正在這個市場中重新找到屬於自己的位置。

早在2008年，ARM就開始醖釀服務器芯片計劃，乘着ARM 64東風的高通、博通、微軟、華為、飛騰等，也陸續開發了各自的ARM服務器CPU，此後AMD、三星、高通等廠商也都紛至沓來，但都難逃無疾而終的命運，其他的小廠也大多在短暫嘗試之後宣告偃旗息鼓。總之，在前後經歷了上十年的發展之後，ARM依舊沒有衝破X86對服務器市場的掌控。

2019年，隨着ARM的Neoverse平台路線圖的推出，其對服務器市場的滲透率開始有了實質提升。該平台推出的N1/E1核心IP，為其服務器產品推廣有“名分”的處理器IP奠定了良好基礎。在此基礎上，行業廠商頻頻發力，使ARM的處理器性能和生態不斷增強，實力與日俱增。

一是，它滿足了雲服務廠商們多元化的算力需求。對於不同的雲服務廠商而言，其所構建的生態性能並不相同，其對芯片的性能需求也因此存在差異，而過去統一的通用芯片並不能解決其所面臨的現實問題。在此背景下，定製芯片往往可以發揮出生態的價值，亞馬遜成了雲廠商中，基於ARM架構定製自研服務器芯片的第一個“探索者”，其也的確取得很大的成效，並由此引發了一眾科技巨頭的紛紛效仿。

公開資料顯示，亞馬遜自研的第一代服務器芯片Graviton 1，在大幅度提升時鐘頻次的同時，還同時節省了45%的成本，逐漸使其成了眾多入門客户的首選。此後，推出的Graviton 2，在性能上較前一代提升了40%，成本卻還降低了20%，還成為了AWS最省電的處理器芯片，用户體驗體驗持續提升。此後，微軟、谷歌包括國內的BAT、華為等廠商，都加入了這個自研服務器芯片的行業，並且其中很多廠商均選擇使用ARM架構。

説到底，X86受限於AMD和英特爾，使得雲服務商無法對芯片性能做進一步的優化，它們轉向條件更優的ARM其實是必然。

二是，近年來從PC設備到移動智能設備的遷移中，ARM架構的生態優勢逐漸凸顯。在移動時代X86因複雜指令集受限，低性能與高功耗之下“完敗”ARM，只是憑藉着PC端“幾近壟斷”的強勢地位，保持了其行業頭部的地位，但在移動時代這種“缺陷”依舊使其備受掣肘，尤其是隨着蘋果基於電腦ARM芯片的研發成功，ARM的勢力範圍幾乎已經從曾經擅長的“移動市場”，進入了X86的核心領地。

如今隨着雲服務廠商競爭的白熱化，更具備差異化定製優勢和性能迭代優勢的ARM架構正在席捲雲服務市場，而服務器芯片正是其發力的重要領域。

當然，目前來看ARM在雲服務器市場的表現，尚且處於“小河才露尖尖腳”的階段，但相比曾經數年未曾寸進的成績來看，目前這種發展態勢無疑是個很大的勝利。

X86架構迎來“諾基亞時刻”？

總體來看，無論是在移動市場的強勢還是在新市場的火爆，ARM都讓不少行業內人士認定，其已經具備了取代傳統X86架構的相當實力，甚至有人認為X86 正在重蹈曾經諾基亞手機的“覆轍”。不過，從現實情況來看，當下這種情況還不會發生。

首先，X86和ARM在服務器市場的力量對比實力太懸殊，且短期之內還很難縮短這一進程。儘管ARM的增長勢頭喜人，但截至去年為止，全球服務器芯片的架構依舊以X86為最大，據去年9月份IDC發佈的《全球服務器季度跟蹤報告》顯示，X86服務器收入佔全球服務器收入的90.3%，非X86（包括X86、RISC-V等）服務器收入佔到了全球服務器收入的9.7%。

一些投資機構提供的數據則顯示，目前在國內服務器市場中，X86架構市場佔比依舊高達96.4%，基本為英特爾所壟斷。而現階段，ARM的數據中心服務器採購仍是以小批量為主，且客户多以超大規模的數據中心為主，範圍仍受到明顯限制。另外，如前文所述，即使後期ARM在服務器市場增長飛速，並在2025年達到22%以上，x86架構仍然是市場的主流，力量對比並不會因此瞬間縮小。

其次，ARM應用的領域與英特爾的應用領域存在明顯差異，且生態協同還需要進一步的補足。目前，X86依然是數據中心的主流架構，而Arm架構則多應用在特定負載上，比如為CPU分擔網絡處理任務（現在最熱的DPU多為Arm架構）。此外，相比X86的“老辣”，“年輕”的ARM還需要時間去進一步提升自己的生態構建能力，畢竟ARM真正打開局面也不過才這幾年的事情，其基於服務器生態的搭建尚且還不是十分完善，這些也都需要時間去消化。

值得一提的是，在X86與ARM之外，RISC-V作為一種開源新架構，也正在悄悄進入服務器市場與前兩者展開爭奪。以此來看，在這個巨頭雲集的市場，未來或許會演變成更為複雜的格局，而絕不是“你死我活”的單一格局。

國產替代迎來戰略機遇期

目前來看，ARM架構的大發展不僅是芯片行業以及智能計算行業的一個機遇，也是當前我們所推動的國產替代浪潮的一個戰略機遇。

從自身角度來説，雲服務廠商做ARM服務器CPU，很大原因是其可以做到“自產自銷”。對於雲廠商來説，它們之所以可以“無所顧忌”地“下場做芯片”，核心原因還在於其完善的內部生態，使其不必顧及“芯片外售”問題，其龐大的內部應用就足以消化，這是很多初創型企業所不具備的。

從ARM架構自身來説，其自身的生態已經成型，其開源市場正在面向中國開放，這為國產替代提供了相當良好的外部環境。據ARM的最新統計數據顯示，基於ARM架構的芯片出貨量已經累計突破了2000億顆，其中第一個1000億顆用了26年時間，但第二個僅用了4年即已經完成，足見ARM架構在新應用環境下的增長之快，而這種快速增長離不開其長期堅持“軟硬兼顧”的戰略落地。

比如，它堅持以高效率、高性能為導向，十數年來堅持工藝製程與EDA工具改進，由此獲得了開源與商業軟件生態的廣大支持，其靈活和創新的生態系統正是吸引國產廠商，包括騰訊、阿里雲、華為等頭部企業參與其中的核心原因。而為了推動ARM架構與中國軟件對接，ARM也在積極推動與中國的開源組織、項目以及社區展開合作，共同推動中國雲原生軟件在ARM上的快速運行。以上種種，都為中國的國產系統崛起創造了良好的條件。

目前，阿里雲研發的服務器操作系統—龍蜥操作系統，就可以同時支持X86和ARM多種芯片架構和計算場景；華為的歐拉操作系統openEuler，也同樣支持包括X86、ARM在內的多種架構……

當然，當下國產替代的選擇並不單一，除了ARM之外RSIC-V也是國產替代可以考慮的範疇。不難預見在技術革新加速的今天，依託國內規模龐大的物聯網生態和信創軟件生態，國內操作系統有望利用內外部機遇，尋找到破除“缺芯少魂”卡脖子困境的最優解。