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ARM 的服务器芯片路线图

来源:鼎博官网下载作者:鼎博下载入口  2022-10-03 11:18:52

  现在,第三波Arm服务器芯片浪潮开始出现,由亚马逊、微软、谷歌、阿里巴巴和腾讯,以及一些独立的芯片设计企业(主要是安培计算、海思、英伟达和 SiPearl)领导,与Arm公司合作,这样来看Arm服务器芯片是将长期存在的。

  Arm服务器芯片引起第三次浪潮的魅力在于2018 年 10 月 Arm 将其客户芯片设计与其服务器芯片设计分开。在Neoverse的努力下,Arm内核从一开始就被设计为具有服务器工作负载(以及它们所需的更高晶体管)所必需的功能,以及L2缓存和网状互连等将它们捆绑在一起的核心复合体。

  Neoverse 参考架构允许芯片设计人员插入他们选择的 DDR 内存、PCI-Express 外围设备和网络接口控制器,在很大程度上降低了创建服务器芯片设计的风险,同时允许灵活性,对于那些拥有Arm 架构许可证的人来说,是否为Neoverse内核的衍生产品,都能够制作定制的Arm内核。

  当时Neoverse参考平台的承诺是每年开发一个新的Arm服务器平台,并在每一代中提供30%或更多的性能。

  这是一个简化的路线图,旨在创建基于 Arm 架构的 CPU,其内核带宽从 4 到 128 个,每秒内存带宽从千兆字节到兆字节,以满足从边缘到云数据中心的计算需求。

  2020年9月,随着V系列(强调浮点计算的fat向量)、N系列(具有高吞吐量整数性能)和E系列(旨在为适度计算需求提供能效)的创建,Neoverse路线图得到了更全面的扩展和充实。

  2021 年 4 月,Arm公司披露了其服务器 CPU 设计的三个不同系列的一些细节。

  V系列内核是2019年末或2020年初左右的想法,受到超大规模和和云建设者的推动,使得V系列内核在Arm许可的内核中具有更高的性能,包括整数和浮点。

  随着高端 V 系列和低端 E 系列的加入,Arm 无法达到其Neoverse 设计的年度节奏目标,预计 2021 年的“波塞冬”系列芯片的推出延迟至2023 年及以后。市场还没有为这种节奏做好准备。Neoverse N1 内核必须由少数芯片设计人员建立并以合理的数量用于生产,然后市场才能完全相信 Neoverse 的可以生产出商业芯片。

  这就是为什么 Arm可以用更多的核心变体来充实 Neoverse 路线图,并让每个人都知道它有后续的工作。

  添加的新内核是“Demeter”V2 内核,它是 Nvidia 选择在其“Grace”Arm 服务器 CPU 中使用的内核,预计将于明年开始发货。Nvidia 对它在 Grace 中使用的内核保持谨慎态度,使得许多人怀疑它这次创建了自己的内核,就像它在2011年1月推出的“Denver”Arm 服务器 CPU 一样,该芯片是英伟达未来的产品线,但由于一系列复杂的原因没有交付。

  Arm基础设施产品解决方案副总裁DermotODriscoll告诉The Next Platform:“Arm 生态系统的美妙之处在于我们提供的灵活性,有些合作伙伴认为,他们希望将这种灵活性提升到设计自己核心的水平。这为这些合作伙伴和我们提供了一系列不同的产品。我们显然坚信Neoverse是市场上最好的。但我们也相信,我们的合作伙伴将为市场带来真正引人注目和有趣的解决方案。”

  无论如何,“Poseidon”不再是一个产品系列,而是开始看起来是未来 V3 核心和围绕它的平台的名称。

  可以看到每个 Arm 内核系列的级别,即一个相干网状网络 (CMN),它将内核彼此链接,并链接到 CPU 上的 L2 缓存和其他控制器和接口。

  Demeter V2 内核、 DDR5 内存和PCI-Express 5.0 外围控制器配对,并将支持用于加速器的 CXL 2.0 相干内存协议,这也允许跨服务器进行内存池。V2 内核支持 Armv9-A 架构,该架构支持第二代可扩展向量扩展 (SVE2) 向量数学设计,该设计具有四个 128 位向量捆绑在一起,支持 INT8 和 BF16 格式以及通常的单精度 FP32 和双精度 FP64 浮点数学运算。

  V2 内核具有 64 位虚拟内存寻址和 48 位物理寻址,这意味着单个插槽中的这些内核的复合体可以连接多达 256 TB 的物理内存。对于传统的 CPU 用例来说,这似乎已经足够了。但是对于像 IBM 这样支持 Power10 芯片的非常大的共享内存池,IBM 添加了足够的位来支持每台服务器 2 PB 的物理内存。

  V2 内核将具有 64 KB 指令 L1 缓存、64 KB 具有纠错功能的 L1 数据缓存(最后一位是新的),以及将 L2 缓存从 V1 内核设计的 1 MB 提升到 2 MB 的选项。Arm在没有具体说明的情况下承诺“市场领先的整数性能”,但Grace的SPEC整数速率性能指标,在SPECint­­U rate_2017吞吐量测试中,它们在72个活动内核中的性能相当好,估计为370。

  Perseus N2 内核遵守 ARMv9-A 规范。使用N2 核的 CPU 主要针对 12 核到 36 核、功率在 30 瓦到 80 瓦之间的机器。V1 核心在超大规模和云构建者中没有太多机会,但会在 HPC 系统的采用。

  CPU 上的 AI 推理成为 CPU 设计的驱动因素,并且正在走向 V1 和 V2。N2 核心可能会被 5G 和其他网络角色以及 DPU 所采用。但其中一些市场将被2021早期的E系列所蚕食。

  在 E 系列中,从 N 系列中移除了部分 5G 和网络工作,Arm采用了 Cortex-A510 内核,这是 Cortex A55 的推动者,并用于从手表到各种客户端设备智能手机,并将其移至 Neoverse E 系列服务器设计以创建 E2 平台,支持与 V2 和 N2 内核和平台相同的内存和 I/O 功能,并且支持 Armv9-A 架构。具体来说,E2 平台具有 Cortex-A510 内核和与 N2 和 V2 平台相同的背板:CMN-700 网状互连、执行硬件虚拟化的 GIC-700 中断控制器和 MMU-700系统内存管理单元。

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