在全球超算領域，中美一直在爭奪算力第一的位置，此外，日本和歐洲是兩股重要力量。而在超級計算機的核心——處理器方面，也是八仙過海，各顯神通，特別是在處理器架構方面，業(yè)界有著不同的路線：有的采用傳統(tǒng)的x86以及IBM的Power，有的采用最新的并行異構計算體系，還有一個就是ARM服務器架構。
上周，在Hotchips會議上，富士通公司公布了號稱最強ARM處理器A64FX，其集成了48+4個核心，配備32GB HBM 2內存，帶寬1TB/s，浮點性能2.7TFLOPS，使用7nm工藝生產(chǎn)。該處理器將用于日本新一代代號為Post-K的百億億次超算，據(jù)悉，其性能將是現(xiàn)在的京式超算的100倍，而能耗只有三倍。
日本現(xiàn)在的超算京（Kyo）是富士通聯(lián)合日本理化研究所開發(fā)的，使用的處理器是SPARC64架構，而新一代的百億億次超算將使用全新研發(fā)的處理器A64FX，與現(xiàn)有的超算相比，新一代Post-K超算最大的變化就是處理器從SPARC64架構全面轉向了ARM，富士通還聯(lián)合ARM推出了SVE（可伸縮矢量擴展）指令集，大幅強化浮點性能。
據(jù)悉，A64FX處理器使用了ARM的ARMv8.2-A指令集，浮點單元則是上面提到的SVE，支持512bit位寬浮點運算。這個處理器的架構設計也很特別，有48個計算核心及4個協(xié)助核心組成，分為四個CMG單元，每個單元13個核心，28Gbps I/O帶寬，16條PCIe 3.0通道。
A64FX處理器將使用7nm FinFET工藝生產(chǎn)，87.86億個晶體管，性能可達2.7TFLOPS，是前代的SPARC V9處理器1.1TFLOPS的2.5倍左右。
根據(jù)富士通公布的信息，目前A64FX處理器已經(jīng)完成原型開發(fā)，新一代超算已經(jīng)進入功能測試階段。
富士通這一處理器產(chǎn)品的推出，特別是該公司將原有的超算處理器架構由原來的SPARC64全面轉向了ARM，無疑是給當下的ARM服務器市場打了一針強心劑。
全球服務器市場的ARM元素
在當今的服務器CPU架構領域，ARM明顯處于弱勢地位，市場主要由x86主導，另外還有Power。在美國，ARM服務器CPU聲勢越來越弱，高通、AMD等大廠紛紛裁撤在該方面的投入。
ARM服務器CPU主要應用包括商用和超算等，下面就以超算應用為例，因為它還是比較有代表性的。
今年6月，美國能源部與IBM、英偉達合作打造出了新一代超級計算機，名為Summit。其峰值運算性能達到200PFlops，也就是每秒執(zhí)行20億億次浮點運算，是迄今為止性能最強的超級計算機，也標志著自2012年以來美國超算超越中國，再次奪冠。Summit基于IBM的Power Systems AC922做節(jié)點，每個節(jié)點搭載2個Power9處理器和6個NVIDIA Tesla V100 GPU顯卡，總共設計約4600個節(jié)點。
可見，美國的超算更看好CPU+GPU的發(fā)展路線。
而全球超算兩強之一的中國，在處理器架構方面，則呈現(xiàn)百花齊放，并行發(fā)展的態(tài)勢。
中國現(xiàn)在同時啟動了三大百億億次超算研發(fā)項目，分別是國防科大/天津超算中心的“天河三號”、中科曙光的E級超算以及江南所/濟南超算中心的“神威”E級。以上三套百億億次超算中，核心處理器都將是國產(chǎn)的。
其中，“天河三號”采取的技術路線則是基于ARM構架處理器，中科曙光則選擇了類似于美國主流超算的CPU+GPU技術路線，“神威”采用的是眾核異構體系——國產(chǎn)申威SW26010處理器。
此外，歐盟預計于2022~2023年交付首臺E級超算，使用的是美國、歐盟處理器，架構有可能類似ARM。
以上主要給出全球超算市場的處理器架構情況，而在商用服務器市場，ARM處理器應用情況與超算沒有太大的差別。可見，ARM架構在全球服務器市場是處于弱勢地位的。
但隨著中國在ARM服務器研發(fā)上的發(fā)力，以及日本的代表企業(yè)富士通將超算處理器架構由SPARC64全面轉向了ARM，特別是本次推出了強悍的新一代ARM處理器A64FX，讓人感覺眼前一亮。這些，是否預示著ARM服務器在市場洗牌之后，進入了新一輪的博弈呢？答案還要由市場和時間給出。
中國ARM服務器CPU陣營
中國的ARM服務器CPU有三強，分別是飛騰，華芯通和華為。
“天河三號”原型機采用的就是飛騰的ARM處理器，是一款百億億次的超算產(chǎn)品，綜合運算能力是“天河一號”的200倍，“天河二號”的30倍（“天河一號”、“天河二號”用的都是Intel的Xeon處理器）。“天河三號”原型機于今年6月部署在天津超算中心，年底將正式上線投入使用。據(jù)悉，原型機的作用是為了驗證‘天河三號’的技術路線。
在“天河一號”、“天河二號”階段，飛騰處理器就有應用，但當時采用的不是ARM架構，而是Ultra SPARC，基于此架構的8核64線程的FT-1000被用在天河一號的節(jié)點網(wǎng)絡上，之后，同樣基于SPARC架構的FT-1500，用在了天河二號超算上，用于節(jié)點前端處理器。
之后的FT-1500A，其架構則由SPARC轉變成了ARM 64位，這與富士通的發(fā)展路線非常相似。不過飛騰這一轉變還有另外一層因素，就是避免被Intel的Xeon處理器“卡脖子”。
之后，飛騰在2016年發(fā)布了基于ARM架構的FT-2000，最新產(chǎn)品是尚未對外發(fā)布的升級版——FT-2000 Plus。
FT-2000采用28nm制造工藝，可被用于超算計算節(jié)點和高性能服務器。集成了64個FTC661處理器核。工作主頻1.5GHz—2.0GHz。支持16個DDR3-1600存儲控制器，可提供204.8GB/s訪存帶寬。最大功耗100W。
據(jù)悉，在ARMv8指令集兼容的現(xiàn)有產(chǎn)品中，F(xiàn)T-2000在單核計算能力、單芯片并行性能、單芯片cache一致性規(guī)模、訪存帶寬等指標上處于國際先進水平。其自定義的擴展接口不但可以用來擴展緩存容量和存儲能力，還可以用來外接FPGA等加速器類專用芯片，實現(xiàn)異構計算。
雖然沒有公開，但業(yè)界普遍認為，“天河三號”采用的處理器應該就是FT-2000 Plus。這款CPU是FT-2000的后繼產(chǎn)品。有信息顯示，F(xiàn)T-2000 Plus采用16nm制程。
相對于FT-2000，F(xiàn)T-2000 Plus首要任務就是提升集成度，以便于整機設計，其由支持可擴展DDR3存儲控制器改為片內集成DDR4內存控制器，再加上使用了臺積電16nm制造工藝，主頻最高可穩(wěn)定在2.4GHz，使FT-2000 Plus相對于FT-2000還是有不小的性能提升，能夠滿足高端服務器和超算主控CPU的性能要求。雖然FT-2000 Plus在單核性能上和Intel還存在一定差距，但在多核性能上，已經(jīng)達到Intel服務器CPU E5 主流產(chǎn)品的水平。
華芯通
今年5月，華芯通在數(shù)博會的“Arm服務器產(chǎn)業(yè)生態(tài)高峰論壇”上正式發(fā)布了其高性能服務器CPU品牌“昇龍”。華芯通首款“昇龍”處理器采用10nm制程工藝，最多48核，ARM V8架構，內置國密密碼模塊和芯片級的安全基礎架構。
據(jù)悉，昇龍?zhí)幚砥髁髌貋淼膶崪y性能已達到兩顆英特爾最新主流CPU水平，其能耗卻低了50%以上。如果情況果真如此的話，那么其性能還是比較強勁的，至少從算力上是可以進入主流云服務市場的，可以與x86架構產(chǎn)品爭一爭，但短期內還難以形成規(guī)模，發(fā)展道阻且長，市場前景還要看華芯通的運營能力，以及主要合作和技術提供方——高通的支持力度。
華為
2016年，華為推出了第一款ARM架構服務器CPU“泰山”(Taishan)1612，采用的是ARM Cortex A57，這款處理器采用了臺積電16nm制程工藝，兼容ARM v8-A指令集，是華為在國內主推的第一款多核服務器CPU。
據(jù)悉，1612是核高基1號專項項目，用來做互聯(lián)網(wǎng)冷卻儲存的生態(tài)系統(tǒng)驗證，并未進行推廣和量產(chǎn)。據(jù)說，經(jīng)過幾年攻堅，華為已經(jīng)攻克多項技術難題，2017年成功開發(fā)出第一款自研的、基于ARM架構的CPU，能效是x86的x倍、領先市場上的同類ARM架構CPU。從華為的一次會議上獲悉，華為海思圖靈業(yè)務部開發(fā)的泰山自研64 位CPU已經(jīng)成功商用。
最近有消息傳出，2019年華為將研制出性能堪比x86主流中端產(chǎn)品的ARM架構服務器芯片，并將正式量產(chǎn)，進行公開商用推廣。
華為在研發(fā)處理器方面一向都非常謹慎，而在ARM架構服務器芯片方面更是低調至極，鮮有公開信息。可以肯定的是，在ARM服務器CPU研發(fā)方面，華為內部一定是在緊鑼密鼓地進行著，就看這個憋了很久的大招何時能夠放出吧。
結語
ARM在手機和嵌入式應用當中順風順水，呼風喚雨，在此基礎上，有了足夠的底氣和資本，從而想在服務器領域與傳統(tǒng)的x86陣營掰一掰手腕，要想在堅固的x86生態(tài)中分得更多蛋糕，確實困難重重，需要付出的努力和投入將是巨大的。
而日本及中國ARM服務器CPU陣營的堅持與投入無疑為其發(fā)展增加了砝碼，而如何運用這些砝碼來建設新生態(tài)，突破固有格局，走上良性的商用之路，是擺在ARM服務器陣營面前的大課題，前途如何，將由時間來檢驗。