服務(wù)器中的CPU數(shù)量正在增長(zhǎng)，制造這些處理器的供應(yīng)商數(shù)量也在增加。

除了IBM的Power和Z系列是主要的例外之外，CPU服務(wù)器一般是多核的x86處理器。盡管不一定要更換x86處理器，但它們會(huì)通過新的處理器設(shè)計(jì)得到補(bǔ)充和擴(kuò)充，以用于各種更專門的任務(wù)。

在最近的Top500超級(jí)計(jì)算機(jī)列表中，有140個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)具有Nvidia GPU協(xié)處理器，而且這個(gè)數(shù)字只會(huì)增加。在未來5到10年內(nèi)，通用服務(wù)器將隨x86處理器，GPU，FPGA，Arm內(nèi)核，AI協(xié)處理器，5G調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)加速器一起交付。

這是公認(rèn)的一種尺寸并不能完全適合應(yīng)用程序處理。終端市場(chǎng)可能會(huì)四分五裂，所有這些都要求定制化的解決方案。結(jié)果，一定會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的未來（尤其是在服務(wù)器端）是異構(gòu)的。

TECHnalysis Research總裁兼首席分析師Bob O‘Donnell說：“人們發(fā)現(xiàn)，不同的芯片架構(gòu)更適合于處理不同類型的工作負(fù)載。而且由于這種工作負(fù)載的多樣化將繼續(xù)，因此對(duì)多樣化計(jì)算的需求也將繼續(xù)。將會(huì)有其他必要的芯片。這并不意味著CPU會(huì)大量消失，但是其他類型的芯片將會(huì)有更多的多樣性。然后最大的問題將是互連封裝。”

英特爾在其XPU項(xiàng)目中采取了積極的態(tài)度，該項(xiàng)目將CPU，GPU（通過其新的Xe GPU），Altera的FPGA和AI處理器與API結(jié)合在一起。英特爾數(shù)據(jù)中心XPU產(chǎn)品和解決方案副總裁兼總經(jīng)理Jeff McVeigh說：“我認(rèn)為未來的發(fā)展不會(huì)有一個(gè)統(tǒng)一的答案。但是會(huì)有很多種類型，從緊密集成的單片芯片到集成到系統(tǒng)級(jí)連接的多芯片封裝。”

Nvidia企業(yè)計(jì)算部門負(fù)責(zé)人Manuvir Das認(rèn)為：“對(duì)不同計(jì)算體系結(jié)構(gòu)的需求是由新數(shù)據(jù)類型驅(qū)動(dòng)的。每個(gè)公司都有越來越多的數(shù)據(jù)可供使用。而且公司越來越愿意收集越來越多的數(shù)據(jù)。這樣做的原因是因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在可以看到他們可以從數(shù)據(jù)中獲取價(jià)值。”

近幾個(gè)月來，隨著公司通過購買而非自然增長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，半導(dǎo)體行業(yè)見證了相當(dāng)大的并購活動(dòng)。

英偉達(dá)（Nvidia）是一家多年來未曾進(jìn)行大筆收購的公司，它突然打開了錢包，以70億美元的價(jià)格收購SmartNIC制造商Mellanox，以400億美元的價(jià)格收購ARM Holdings。

AMD計(jì)劃以350億美元的價(jià)格收購Xilinx，這是多年來的首次重大收購行動(dòng)。

Marvell Technology以60億美元收購了Arm服務(wù)器芯片制造商Cavium，并以100億美元收購了網(wǎng)絡(luò)半導(dǎo)體制造商Inphi。

ADI公司已經(jīng)簽署了一項(xiàng)協(xié)議，以210億美元的價(jià)格收購Maxim Integrated產(chǎn)品。

O’Donnell說：“他們之所以多樣化，是因?yàn)樗麄兌颊J(rèn)識(shí)到必須擁有各種各樣的不同芯片架構(gòu)。最困難的部分將是英特爾要使用一種API來做的事情，那就是，我如何采用這些多樣化的架構(gòu)，并使它們可供人們使用？每個(gè)架構(gòu)都需要不同的指令集，不同的編程方式，不同類型的編譯器等。”

一個(gè)或多個(gè)芯片？

那么問題就變成了主板上是否會(huì)有一塊大硅片，或者每個(gè)芯片組有多個(gè)插座？這幾乎不是一個(gè)新主意。片上系統(tǒng)（system-on-chip）已經(jīng)存在多年。但是SoC正在發(fā)生變化。

SoC設(shè)計(jì)通常會(huì)縮減處理器，尤其是GPU，以使所有這些芯片都適合合理的散熱范圍。僅具有完整CPU，GPU和FPGA的SoC的TDP約為700瓦，這對(duì)任何人來說都是完全沒有吸引力的。如果要進(jìn)行包裝設(shè)計(jì)，則很可能會(huì)縮小處理器的規(guī)模。

系統(tǒng)和解決方案副總裁兼Rambus杰出發(fā)明家Steven Woo表示：“AMD已經(jīng)做了一些偉大的工作，表明可以將小芯片封裝用于CPU內(nèi)核和I/O芯片。而且，如果您想獲得更強(qiáng)大的功能，則可以構(gòu)建整個(gè)小芯片，這些小芯片可能只是CPU內(nèi)核，一個(gè)是更多的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎，也許是GPU，然后可以將它們組合在一起。”

英特爾的McVeigh可以選擇采用多封裝設(shè)計(jì)。“從存儲(chǔ)器帶寬的角度來看，單封裝設(shè)計(jì)顯然有好處，但是在每個(gè)封裝中可以裝多少東西也有限制。因此，我認(rèn)為未來的發(fā)展不會(huì)有一個(gè)單一的答案。但是，從緊密集成的單片芯片到集成到系統(tǒng)級(jí)連接的多芯片封裝，將有多種選擇。”他說。

英偉達(dá)也對(duì)多芯片封裝的想法持開放態(tài)度，盡管它的愿景與英特爾類似。它提供所有的硅。Das指出，英偉達(dá)已經(jīng)擁有Tegra形式的Arm/GeForce SoC，以及結(jié)合了Mellanox ConnectX-6網(wǎng)絡(luò)控制器，Arm CPU和Ampere GPU的新型Bluefield 2數(shù)據(jù)處理單元（DPU）系列。按照Nvidia的發(fā)展路線圖，2022年的BlueField 4將在一塊硅片上配備所有三個(gè)CPU。

“如果僅考慮從現(xiàn)在起三年后以及從現(xiàn)在起五年后將要完成的計(jì)算量，那么如果您不這樣做的話，世界將負(fù)擔(dān)不起。因此，將有多種形式。當(dāng)您靠近邊緣時(shí)，它將看起來將更傾向于集成解決方案，” Das說。

但這就是英特爾和英偉達(dá)將自己所有的IP包裝到一塊硅中。當(dāng)兩家或更多公司合作的前景（例如，Marvell和AMD）時(shí)，這種觀點(diǎn)是令人懷疑的。

Supermicro的FAE和業(yè)務(wù)開發(fā)高級(jí)副總裁Vik Malyala表示：“這將非常困難。為什么英特爾或AMD會(huì)向Nvidia開放有關(guān)其處理器架構(gòu)的所有內(nèi)容？英偉達(dá)也是如此。Nvidia為什么要開放其GPU的所有功能以與某人一起工作？所以說他們?cè)噲D購買Arm是有原因的。”

Arm基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)部門的營(yíng)銷高級(jí)總監(jiān)Eddie Ramirez表示，多供應(yīng)商芯片是有先例的。“如果您要看10年前的事，我們幾乎還沒有將您的設(shè)計(jì)與制造分開的初期階段。對(duì)于現(xiàn)在的SoC，這是司空見慣的。因此，在您談?wù)摰臅r(shí)間范圍內(nèi)，在5到10年內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)將發(fā)展到可以使用來自不同供應(yīng)商的硅片構(gòu)建FCM的地步。”他說。

但是，他質(zhì)疑鑒于不同的芯片具有不同的使用壽命，這是否是一個(gè)好主意。“擁有一臺(tái)帶有PCI卡的服務(wù)器是一回事，您可以更換卡。但是，當(dāng)它們裝在一個(gè)包裝中時(shí)，您必須立即更換所有東西。這適用于不同的生命周期嗎？這是這里的有趣之處。”他補(bǔ)充說。

Malyala還指出，芯片供應(yīng)商針對(duì)不同的性能場(chǎng)景提供了多種芯片，將一大堆集成到一個(gè)封裝中會(huì)限制客戶的選擇。例如，如果我是Xilinx，那么我有十幾個(gè)不同的FPGA。但是，如果我要在給定的硅片中放置一個(gè)硅片，那就是說這就是它的原樣，即使我的配置過多或配置不足，我也堅(jiān)持這樣做。

CXL公式

服務(wù)器中非CPU處理器的當(dāng)前解決方案是PCI Express卡。GPU，SSD，F(xiàn)PGA和其他協(xié)處理器占用一個(gè)PCIe插槽，并且服務(wù)器中只有太多空間可用于存儲(chǔ)卡，尤其是超薄1U和2U設(shè)計(jì)。

PCIe還具有作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議的局限性。由于Compute Express Link（CXL）協(xié)議可與PCIe以及其他自動(dòng)協(xié)商交易協(xié)議一起使用，因此已迅速成為PCIe的替代協(xié)議。

McVeigh說：“當(dāng)我們進(jìn)入這些更復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)時(shí)，真正需要的是可以支持對(duì)等通信的各種拓?fù)洌约澳軌驍U(kuò)展這些拓?fù)涞哪芰ΑCI Express本身并不能解決所有這些問題。但是，對(duì)于您希望能夠進(jìn)行升級(jí)的情況，顯然是從現(xiàn)有設(shè)計(jì)中升級(jí)，即您擁有單獨(dú)的卡，并且可能不需要完全的互連性，那么在那兒做得很好。”

CXL的一大優(yōu)點(diǎn)是它通過其快速連接將加速器放置在距離處理器更近的位置，更重要的是，它使連接到加速器的內(nèi)存成為系統(tǒng)內(nèi)存的一部分，而不是專用設(shè)備內(nèi)存。這可以減輕系統(tǒng)內(nèi)存的負(fù)擔(dān)，并減少必須移動(dòng)的數(shù)據(jù)量，因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)存（例如GPU）中的數(shù)據(jù)很容易看到，而無需在系統(tǒng)內(nèi)存之間來回移動(dòng)。

無論多個(gè)處理器是在單個(gè)裸片上還是在多個(gè)裸片上，它們都必須以某種方式綁在一起，并且CXL被視為將它們綁定在一起的網(wǎng)格。PCIe有其用途，但它是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，而不是像CXL這樣的網(wǎng)格。另外，CXL允許處理器共享內(nèi)存，而PCIe則無法做到這一點(diǎn)。

“ CXL絕對(duì)是非常可信的，” Rambus的Woo說。“如果行業(yè)真正圍繞它發(fā)展起來，那將是新型互連發(fā)展的墊腳石，我們將圍繞節(jié)點(diǎn)之間相互連接所發(fā)生的事情對(duì)它進(jìn)行更大程度的優(yōu)化。也許將處理器連接到內(nèi)存和分解方案，甚至將處理器連接到GPU和存儲(chǔ)之類的東西。”

Ramirez說，CXL出現(xiàn)的一個(gè)例子是在具有PCIe的不同端點(diǎn)之間具有一致的內(nèi)存訪問的概念。如果您試圖在一個(gè)加速器上進(jìn)行一定數(shù)量的計(jì)算，并且需要與其他加速器進(jìn)行通訊，則它們應(yīng)該能夠直接講話，而不是使用“輪輻式”模型，在該模型中，一切都必須花一點(diǎn)時(shí)間才能完成。協(xié)調(diào)。拉米雷斯說：“ PCI Express本質(zhì)上不具備該功能。”

可能會(huì)有一種全新的標(biāo)準(zhǔn)在PCIe的良好組成部分基礎(chǔ)上發(fā)展，而忽略了不需要的部分。Woo指出，當(dāng)兩個(gè)PCI Express設(shè)備首先開始互相通信時(shí)，它們使用PCIe Gen 1進(jìn)行協(xié)商，然后逐步升級(jí)，直到找到可以通話的最高速度。

Woo說：“整個(gè)初始化序列要麻煩一些。如果您從芯片設(shè)計(jì)師的角度考慮問題，必須把所有這些Gate都放進(jìn)去，它們將習(xí)慣于弄清楚我可以更快地講話，并且我不再使用那些晶體管了。擁有這種簡(jiǎn)單的協(xié)議是有好處的。作為硅設(shè)計(jì)師，我寧愿將這些Gate用于其他用途。”

一個(gè)可以統(tǒng)治所有應(yīng)用程序的API

而沒有軟件的硬件只是一堆金屬，因此，這些工作背后的真正問題是如何將它們組合在一起。英特爾的oneAPI程序提供了最完整的解決方案。oneAPI提供了用于計(jì)算和數(shù)據(jù)密集型領(lǐng)域的庫，例如深度學(xué)習(xí)，科學(xué)計(jì)算，視頻分析和媒體處理。

oneAPI可與用C，C ++，F(xiàn)ortran和Python編寫的代碼以及MPI和OpenMP等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行互操作。它還具有一組編譯器，性能庫，分析和調(diào)試工具，以及一個(gè)兼容性工具，該工具有助于將以CUDA編寫的代碼遷移到Data Parallel C ++（DPC ++），這是一種基于C ++和Khronos SYCL構(gòu)建的開放式標(biāo)準(zhǔn)跨體系結(jié)構(gòu)語言。

DPC ++擴(kuò)展了這些標(biāo)準(zhǔn)，并提供了顯式的并行構(gòu)造和卸載接口，以支持各種計(jì)算體系結(jié)構(gòu)和處理器。當(dāng)然，它支持英特爾，但McVeigh說，他希望其他芯片公司也采用它。

McVeigh說：“我們將其視為一項(xiàng)行業(yè)計(jì)劃，將這些異構(gòu)架構(gòu)與統(tǒng)一的編程模型結(jié)合在一起。而且我們已經(jīng)將其用作真正結(jié)合這些架構(gòu)的關(guān)鍵要素，因此您可以使用一種通用語言，一套與OS供應(yīng)商解決方案一起使用的通用庫（不僅是英特爾產(chǎn)品）對(duì)它們進(jìn)行編程。”

O‘Donnell相信，該軟件解決方案將全面存在，從BIOS和驅(qū)動(dòng)程序供應(yīng)商到Linux發(fā)行版，如Red Hat Enterprise Linux和Canonical的Ubuntu。他說：“這是一個(gè)如此多層的堆棧。現(xiàn)在，它是全面的。我認(rèn)為您不會(huì)看到任何解決方案。涉及的部分太多了。”

結(jié)論

服務(wù)器行業(yè)將需要更多的證明點(diǎn)來證明異構(gòu)計(jì)算的有效性。但這不是尋找市場(chǎng)的解決方案。存在著許多市場(chǎng)，隨著邊緣的推出，正在開發(fā)新的市場(chǎng)。所發(fā)生的變化是，解決方案是針對(duì)它們量身定制的，而不是最終市場(chǎng)適應(yīng)現(xiàn)有的最佳現(xiàn)成技術(shù)。

O’Donnell說：“從概念上講，我們將需要不同的芯片體系結(jié)構(gòu)才有意義。我們需要一個(gè)單一的軟件平臺(tái)來利用它們，但是在這種硬件抽象層以及其他所有東西的幕后，它需要采取某種神奇的方式。”

隨著人們開始使用多芯片架構(gòu)，我們是否將開始看到它按他們期望的方式工作？我們是否正在獲得人們期望的性能優(yōu)勢(shì)？劃算嗎？在現(xiàn)實(shí)世界中這實(shí)際上是如何工作的？

他說：“除了理論之外，這還有待觀察。” “我們將不得不在多個(gè)層面上看到這一點(diǎn)。英特爾將驅(qū)動(dòng)它，但是您也會(huì)看到其他公司也嘗試驅(qū)動(dòng)它。”

原文標(biāo)題：服務(wù)器以后會(huì)變得越來越異構(gòu)？

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責(zé)任編輯：haq