ARM芯片低功耗成功擊敗英特爾奪得谷歌心
2014-01-06 21:33:57 本站原創谷歌、Facebook以及其它一些主流技術企業已經開始著手研究ARM兼容芯片，旨在推動低功耗服務器并最終對數據中心內部的處理器類型結構加以改組。
想當初我們也是對x86完全信任、認為ARM麻煩多多，但隨著后者的蓬勃發展、我們開始認真審視ARM架構的優勢與缺點。就在上周四，彭博社發表的報道稱谷歌正計劃利用ARM芯片打造其服務器;隨后我們又通過一篇博文得到證實，Facebook有意評估將ARM系統引入生產環境的可能性。
各企業用戶對ARM芯片的興趣如此高漲，主要是由于其在發展歷程中始終秉持著低功耗這一優良傳統;從誕生之時開始，這套處理器架構——于上世紀八十年代由Acorn Computers的一個小型團隊所打造——就被設計用于RISC(即精簡指令集計算)。這意味著ARM核心能以相對較快的速度執行大量簡單操作;這種便捷性以及對傳統支持機制的舍棄使其晶體管數量保持在較低水平，因此其耗電量也就低得多。
這種定制架構目前已經成為各類電池驅動的小型設備乃至嵌入式電子領域的絕對王者。在這些新興世界中，處理性能并非關鍵——任何繁重費力的計算任務都可由專用處理設備接手——因此芯片本身的速度可以較慢，由此帶來的好處就是其耗電量被控制在較低水平。
我們不妨將ARM與英特爾的CISC(即復雜指令集計算)設計進行對比，后者能夠在更廣泛的處理環境下發揮作用，同時擁有大量早期遺留技術需要支持——從16位實址模式一路發展至64位受保護長模式。英特爾的方案一般運行速度更高，但要求使用者為其付出極高的采購成本。而所有對計算資源的需求疊加在一起，我們就獲得了這種功耗極高的處理芯片方案。
盡管ARM的擁護者們認為RISC從本質層面上更適合處理低功耗計算，但這一結論已經遭到專業學術機構的否定。后進指出，事實上兩種架構之間的耗電量差別主要是由發展軌跡所決定——ARM在誕生至今的二、三十年當中一直專攻移動便攜平臺，而英特爾則始終關注擺在桌面上的那套大家伙。如果從本質層面分析當今的x86芯片，它其實是一套在設計上以RISC為核心、包裹著CISC兼容性外殼的計算方案。
ARM很長一段時間以來始終專注于壓低電量消耗，這是由于其面向的主要市場在于移動以及非高性能計算設備，相比之下英特爾則一直強調處理速度的重要性;由ARM核心支持的芯片整體對電量的使用都比較溫和。然而其缺點在于，即使處于全力工作狀態、其性能表現仍然顯得不緊不慢。
ARM的主戰場，手機與平板。x86的根據地，游戲設備。即使是這樣，谷歌與Facebook要如何切入?
為消費者提供服務的網絡巨頭們每年要花掉數十億美元來建設基礎設施并支付以百萬美元為單位的高額電費賬單。對于這些公司而言，數據中心在其年度預算當中扮演著主要成本制造者的角色。很顯然，如果存在節省成本的可能，他們一定會盡量將其變為現實。
這里出現了一個關鍵性問題，一家企業到底能夠把多少給定工作負載遷移到極簡化、低功耗以及速度較慢的處理器之上?對于谷歌來說，其對于計算資源頗為敏感的后端需求似乎只能由強大的英特爾至強芯片來處理;但對于其它一些輕量級任務，例如前端Web服務以及存儲控制等，部署ARM就很有現實意義。
Facebook的命題則更為簡單——姑且不談其剛剛成立的AI部門——因為社交網絡的工作負載與谷歌相比對CPU處理能力的要求低得多。不過即使是這樣仍然存在難以解決的問題：“我們希望看到的ARM服務器CPU需要……最低主頻能達到2.5GHz，”Facebook公司技術戰略負責人Vijay Rao今年十月末談到，“只有這樣我們的軟件才能夠獲得由前端到后端的整體擴展能力。”
ARM服務器新興企業Calxeda最近推出的32位Midway芯片的時鐘頻率大約在1.1到1.8GHz之間，因此很明顯實際產品與客戶需求之間還存在著巨大差距。(時鐘頻率并不能完全決定處理器的性能表現，但作為一般性評判標準、目前GHz數量對于使用者來說仍然非常重要。)
與此同時，64位ARM服務器也將于明年進入市場，其中一馬當先的很可能是新興企業Applied Micro——屆時該公司將對這項技術進行基準測試及排名。
Facebook也已經基本確定開始采購商用設計計算機——其硬件供應負責人Frank Frankovsky前一段時間剛剛加入Calxeda董事會——而谷歌則可能決定更進一步、著手開發自己的定制化工具，其中包括具備ARM授權的處理器方案。
另外請大家不要忘了，ARM的業務模式在于銷售其設計藍圖，銷售的對象則包括AMD、三星、博通以及Calxeda等希望制造定制化芯片以適應自身產品及需求的客戶。因此，谷歌將需要一位合作伙伴幫助自己進行芯片代工。
在此之前，Calxeda公司營銷主管Karl Freund建議：谷歌方面還需要雇用大約五十名工程師并拿出一年左右的時間進行芯片設計——最終成果可能基于64位Cortex-A57——然后再花一年將設計方案與技術進行整合。總而言之，整個流程大約要花掉數千萬美元。對于谷歌來說，其最近一個財季的凈利潤達到29.7億美元，因此區區數千萬的投入實在微不足道。
下一步就是將谷歌的軟件遷移到ARM系統之上。這位廣告業巨頭——百分之百采用Linux環境，至少在數據中心內是如此——一直在努力創造一套規模相對較小的統一化軟件堆棧：我們可以設想其并未使用Facebook類型的x86 64位代碼轉換機制，那么其在ARM平臺上的測試與部署對于谷歌員工來說應該非常簡單——雖然還有大量關于優化的議題需要探討。
該公司還在創建自有處理器所必需的專業知識方面投入巨資。早在2010年，谷歌收購了因蘋果收購PA Semi而無處容身的隱形芯片設計商Agnilux。當時，該公司就已經在考慮如何在ARM與PowerPC服務器芯片之間作出選擇。
