问题

如何看待Ampere Altra处理器?以及性能/价格/可扩展性/电源效率上与intc/amd竞争?

回答
Ampere Altra 处理器,顾名思义,是 Ampere Computing 公司推出的面向服务器市场的 ARM 架构处理器。它的出现,尤其是其定位和与传统 x86 巨头英特尔 (Intel) 和 AMD 的竞争,无疑是服务器领域的一件大事。要理解 Altra,我们需要从多个维度深入剖析。

Ampere Altra 处理器的定位与核心理念

Ampere Computing 的创始人兼 CEO 惹那·辛格哈 (Renée James) 是前英特尔总裁,她对服务器市场有着深刻的理解。Altra 处理器并非试图在性能上“秒杀”所有 x86 处理器,而是剑走偏锋,瞄准了大规模云原生工作负载。其核心理念在于提供海量、高能效的计算核心,以极低的单位性能成本来满足数据中心对横向扩展的需求。

简单来说,它不是追求单个核心的极致性能,而是追求在一个插槽内集成尽可能多的、效率足够高的核心,从而在整体上提供强大的并行处理能力。

性能表现:高核心数是关键,但并非万能

核心数优势: Ampere Altra 的最大卖点就是其惊人的核心数量。从 32 核到 128 核,甚至是未来的 192 核(Altra Max),这在传统 x86 处理器上是难以想象的。对于那些可以充分利用多线程、并且对单核性能要求不那么极致的工作负载,例如:
Web 服务器/API 网关: 处理大量并发连接和请求。
微服务架构: 各个服务可以独立运行在不同的核心上,提高隔离性和可扩展性。
容器化工作负载 (Kubernetes, Docker): 大量小巧的容器可以高效地分配到众多的核心上。
缓存服务器 (Redis, Memcached): 内存密集型,但对 CPU 计算要求不高。
某些数据分析和 ETL 过程: 如果可以分解为大量并行任务。

单核性能的权衡: 必须承认,Ampere Altra 的单个核心(基于 ARM Neoverse N1/N2 架构)在原始 IPC(每时钟周期指令数)和最高时钟频率上,通常会落后于 Intel Xeon Scalable 和 AMD EPYC 的高端产品。这意味着,对于以下类型的工作负载,Altra 的优势可能不那么明显,甚至可能落后:
传统企业应用: 许多仍依赖于较少的、高性能的 CPU 核心。
数据库的某些复杂查询: 尤其是一些单线程或对浮点性能有很高要求的操作。
高性能计算 (HPC) 的某些密集型计算任务: 例如大规模科学模拟,这些任务往往受益于更高的单核性能和更强的浮点单元。
虚拟化环境中单个大型虚拟机: 如果虚拟机内的应用对单核性能依赖很高。

软件生态和优化: 这是 Altra 面临的最大挑战之一。尽管 ARM 在服务器领域的生态正在快速发展,但许多传统软件仍是为 x86 架构优化的。将这些软件迁移到 ARM 上需要重新编译、测试甚至重写。对于没有针对 ARM 进行优化的软件,即使在 Altra 上运行,性能也可能大打折扣。然而,随着云原生和容器化的普及,越来越多的现代应用原生支持 ARM,这大大缓解了这个问题。

价格竞争力:用“性价比”冲击市场

Ampere Altra 的定价策略非常激进,旨在通过提供极具吸引力的单位性能价格比来吸引客户。

低成本高核心密度: 通过集成大量核心,Altra 可以在单个 CPU 插槽中提供非常高的总线程数。这意味着在构建大规模集群时,可以减少服务器数量和机架空间,降低整体 TCO (Total Cost of Ownership)。
瞄准“云原生的甜蜜点”: 对于那些可以轻松扩展到数百甚至数千个核心的工作负载,Altra 的单位核心成本和单位性能成本都非常有竞争力。购买一颗 128 核的 Altra CPU,其整体价格可能与一颗中端 x86 CPU 相近,但提供的并行处理能力却远超后者。
对比 x86: Intel 和 AMD 的服务器处理器虽然在单核性能上有优势,但其高端型号价格不菲,而且核心密度相对较低。在需要大规模横向扩展的场景下,Altra 的“量大管饱”策略显得尤为突出。

可扩展性:横向扩展的王者

Ampere Altra 在可扩展性方面表现出色,这与其高核心密度和功耗设计息息相关。

数据中心级大规模部署: Altra 的设计目标就是服务于需要部署数千甚至数万个核心的超大规模数据中心。其高核心密度使得在有限空间内最大化计算资源成为可能。
高内存带宽和 I/O: Altra 处理器提供了相当不错的内存带宽,并且集成了大量的 PCIe 通道,支持高速网络接口和存储设备,这对于需要处理大量数据的云原生应用至关重要。
灵活的节点配置: 在云原生环境中,可以通过部署大量 Altra 节点来构建庞大的计算集群。每个节点可以根据需求配置不同数量的核心,实现更精细化的资源分配。

电源效率:ARM 的传统优势,Altra 的核心卖点

这是 Ampere Altra 相较于 Intel 和 AMD 最显著的优势之一。

ARM 架构的能效基因: ARM 架构从诞生之初就以其出色的电源效率著称。Neoverse IP 的设计也继承了这一优良传统。
低功耗高性能密度: Altra 处理器在提供高核心数量的同时,其 TDP (Thermal Design Power) 仍然保持在一个相对较低的水平(例如 200W250W 左右)。这意味着在同等功耗下,Altra 可以提供比 x86 更多的计算核心。
降低数据中心运营成本: 低功耗意味着更少的电力消耗和更低的散热需求,直接转化为数据中心运营成本的降低。对于规模庞大的数据中心来说,这笔节省是巨大的。
对比 x86: Intel 和 AMD 的高端服务器处理器为了追求极致性能,其 TDP 通常会更高,动辄三四百瓦。在需要高密度部署且对总功耗敏感的场景下,Altra 的优势更加明显。

与 Intel/AMD 的竞争分析总结

| 特性 | Ampere Altra | Intel Xeon Scalable | AMD EPYC |
| : | : | : | : |
| 核心数 | 极高 (32128+ 核),高核心密度 | 中高 (1664 核),高端型号核心数逐渐增加 | 极高 (64128+ 核),高核心密度,尤其在最新代 |
| 单核性能 | 中等,IPC 和频率通常低于高端 x86 | 高,尤其是在最新代产品线 | 非常高,在 IPC 和频率上通常是领先者 |
| 多核性能 | 非常强劲 (尤其在可并行化工作负载上),总线程数高 | 强劲,但核心密度相对较低 | 非常强劲,高核心数与高单核性能结合,综合实力强 |
| 价格 | 非常有竞争力,单位性能价格比低 | 中高,高端型号价格昂贵 | 有竞争力,尤其是在性价比方面表现突出,高端型号价格也较高 |
| 可扩展性 | 极佳,适合大规模横向扩展 | 良好,但在极致密度上不如 ARM 解决方案 | 极佳,高核心数和良好的互连性 |
| 电源效率 | 非常出色,低 TDP 下提供高核心数 | 中等偏上,为追求性能往往功耗较高 | 良好,在同等性能下能效比在不断提升,但通常仍不如 ARM |
| 主要优势 | 海量高能效核心,低单位成本,超大规模可扩展性 | 成熟生态,广泛软件支持,强大的单核和多核性能,PCIe/内存带宽 | 强大的单核和多核性能,高核心密度,PCIe 4.0/5.0 支持,内存支持 |
| 主要劣势 | 单核性能相对较低,软件生态仍需成熟化 | 核心密度相对较低,能效比可能不如 ARM | 价格相对较高 (尤其高端型号),能效比进步但仍有提升空间 |
| 目标市场 | 超大规模云服务商,高密度计算,云原生/容器化工作负载 | 通用服务器,企业级应用,HPC,虚拟化,AI 推理 | 通用服务器,HPC,虚拟化,AI 训练和推理,数据库 |

总结

Ampere Altra 处理器不是为取代 Intel 和 AMD 的所有服务器产品线而生,它开辟了一条新的战场。对于那些追求大规模并行处理能力、注重单位成本和能源效率、并且能够充分利用多线程的云原生工作负载,Altra 无疑是一个极具吸引力的选择。它的出现,迫使 Intel 和 AMD 在价格、能效比和核心密度上做出回应,促进了整个服务器市场的良性竞争。

然而,对于那些仍依赖于传统软件、对单核性能有极高要求的应用场景,Intel 和 AMD 的产品仍然是更稳妥的选择。未来,随着 ARM 生态的进一步成熟,以及 Altra 后续产品的迭代,它在服务器市场的竞争力只会越来越强。它代表着一种新的计算范式,一种向“数量致胜”和“能效优先”的转变。

网友意见

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其中《Azure, Oracle......》一文中采访提到Ampere在7nm节点制造的64位芯片可以在性能/价格/可扩展性/电源效率上与INTC/AMD竞争。本篇末摘录两段文章中的句子。

值得一聊的是,Renee James与Oracle老板Larry Ellison几十年挚交,Renee离开INTC便去了Oracel坐董事会,后者也是Ampere的主要投资人。

话说ARM的NOC设想了近10年,终于公布Y20年底开卖。ARM现有的NOC是multi-ddr unfriendly的,仅能支持一颗内存颗粒(做手机足够了),因此憋大招这么多年造NOC,虽然业内有很多IP是可买的,但并不契合ARM的技术路线和生态,由于外采一类IP的再次商业化困难,以及与Neoverse等一堆生态平台也整合不了;还是鸡(app)跟蛋(arch)的问题,关键是workload特征决定topology。据传闻,Ampere创业之初,也得益于几个印度裔的INTC服务器架构师手上的workload。

目前来看,Ampere Altra 是基于ARM Neoverse N1的IP,用了ARM的狭义NOC结构CMN-600 mesh做interconnect,相比此前CCN ring环总线是进步了,如今能连接多个cpu cores和加速器,保持了缓存一致性,理论上带宽更高/延迟也要更小;此外跟随CoreLink发布的DMC-620动态内存控制器的意义可能更大,这是声明ARM srv正式支持DDR4(+8TB,8tunnels),与INTC的起跑线越来越近。

传闻海思用ARM core加自己的mesh,性能也比公版CCN更好。

注:IDC的数据,如今x86芯片占据服务器市场的98.9%。 Y19-Q4,IBM Power和Oracle SPARC处理器各占0.1%。 目前ARM处理器约占服务器处理器出货量的0.5%,预计到2024年增长到2.5%至3.5%。IDC预计整个服务器处理器市场将从2019年的约200亿美元增长到2024年的230亿$。

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