RISC架構的沒落，X86架構與Arm架構的較量，AMD、英偉達和英特爾之間的較量，美歐日中之間的較量都在持續(xù)上演，核心芯片的角逐越來越激烈，服務器芯片成為競相競爭的焦點。

　　在早期的服務器領域，RISC構架處理器一統(tǒng)天下，代表性產品有IBM的Power、Sun公司的SPARC、DEC公司的Alpha 、MIPS公司的MIPS以及惠普公司的PA-RISC處理器等。此類處理器性能高、穩(wěn)定性好，但成本太高，因此早期的服務器都比較高端，很難普及，這也在一定程度上限定了服務器市場的發(fā)展。

　　這一切，后來都隨著英特爾推出IA架構的X86處理器而逐漸改變，隨著X86處理器性能的不斷增強，RISC處理器的生存空間仍在不斷地經受著擠壓。

　　與英特爾專門生產CPU不同，上述精簡指令集CPU研發(fā)公司不僅僅生產CPU，同時也自己生產服務器和工作站。但是從當前的發(fā)展結果來看，采用開放戰(zhàn)略的英特爾笑到了最后。

　　今天，我們回顧服務器芯片行業(yè)的發(fā)展歷程，了解行業(yè)格局以及格局背后的波折與命運。

　　一、英特爾的霸主之路

　　毫無疑問，英特爾是當今當之無愧的服務器芯片界武林盟主。

　　現(xiàn)代服務器起源于互聯(lián)網的大潮的興起，互聯(lián)網的發(fā)展需要大量的服務器提供支持。90年代初，互聯(lián)網剛開始發(fā)展，如今統(tǒng)治數據中心市場的英特爾在當時的服務器CPU領域初出茅廬，還只是將其PC機用的奔騰(Pentium)處理器略加修改就當做服務器CPU使用。

　　1995年，英特爾推出了自己第一款面向服務器和工作站的處理器產品Pentium Pro，標志著英特爾正式進入服務器芯片領域。彼時，英特爾在Pentium Pro的設計與制造工藝上達到了新的高度，透露出其對服務器市場的高瞻遠矚。1996年，盡管RISC架構服務器占據服務器市場78%的份額，但英特爾的潛力已經開始顯現(xiàn)。

　　隨后，英特爾在前代產品基礎上相繼推出多個系列Pentium Xeon處理器等創(chuàng)新產品，持續(xù)提升其產品性能和市場定位。直到2001年，英特爾開始發(fā)布Xeon系列處理器，瞄準高性能、均衡負載、高強度科學計算、多路對稱處理等特性，通過架構創(chuàng)新和工藝進步，持續(xù)搶占市場份額。

　　2018年底，英特爾對外宣布將從以往的“以PC為中心”轉向“以數據為中心”，這意味著“數據中心”業(yè)務將成為英特爾的主力，轉型期間的英特爾數據中心一度占據英特爾總營收的一半以上，由于疫情帶動在線辦公的需求旺盛，英特爾的數據中心營收在上半年同比增長了42%。

　　據IDC近日發(fā)布的《全球服務器季度跟蹤報告》數據顯示，X86服務器產生的收入在2021年第二季度達到了214億美元，非X86服務器收入約為23 億美元，X86市場占比超過90%。而在X86市場中，英特爾作為X86陣營龍頭，其服務器芯片更是占據了近90%的份額。

　　英特爾能夠擊敗各大RISC處理器廠商稱霸數據中心市場，主要原因在于X86服務器的價格優(yōu)勢。X86服務器的興起大大降低了服務器產品的價格，使得小企業(yè)甚至個人用戶都能買得起服務器，這就逐漸侵蝕了RISC廠商的市場份額，只有IBM依靠大型機市場還能維持Power架構的發(fā)展。

　　另外，Wintel聯(lián)盟建立四十余年，X86軟件生態(tài)完善、專注芯片架構研發(fā)，不碰設備生態(tài)、以及從成本、性能、生態(tài)三方面來講，X86都是早期數據中心的最優(yōu)選，也是X86在計算市場取勝的原因所在。

　　二、服務器芯片發(fā)展歷程

　　然而，早在英特爾發(fā)家，甚至推出服務器芯片之前，該行業(yè)就早已充滿了競爭的身影。知乎博主Yvonne在對服務器歷史的簡要回顧中描述了DEC、Sun、IBM等公司在服務器市場的先發(fā)布局和沒落結局。

　　殊途同歸的DEC與Sun

　　DEC是小型機的發(fā)明者，發(fā)明小型機之后，很長一段時間內DEC成為僅次于IBM的電腦公司。不過DEC公司的小型機在很長一段時間內只能在局域網里提供服務，還不能算是現(xiàn)代服務器。直到1992年DEC公司開發(fā)了RISC芯片Alpha 21064.并基于這種芯片開發(fā)出了AXP服務器和工作站，DEC公司才進去服務器領域。

　　Alpha 21064當時的性能非常強悍，1994年8月發(fā)表的Alpha 21164芯片具有每秒10億指令的處理能力，被載入了吉尼斯世界紀錄。但也正因為如此強大的性能，使得DEC的工作站和服務器價格居高不下，在與Sun公司的服務器競爭中居于下風。但是后來的DEC 服務器依舊沒有走廉價路線，長期處在虧損邊緣，最后于1998年被康柏電腦并購，而康柏電腦則在2001年被惠普并購?；萜諏lpha服務器的支持到2012年結束。

　　Sun公司1982年成立于斯坦福大學，1985年Sun公司投資研發(fā)了自己的SPARC精簡指令處理器，大幅提高了工作站的性能。此后SPARC架構的服務器在與DEC和惠普的小型機競爭中長期占據優(yōu)勢，在90年代互聯(lián)網的大潮里，Sun公司的服務器成了許多互聯(lián)網公司的首選。此外，Sun公司還給自己的服務器單獨開發(fā)了Solaris操作系統(tǒng)，成為當時非常先進的UNIX系操作系統(tǒng)。

　　然而，隨著2001年互聯(lián)網泡沫被戳破，Sun公司遭受重創(chuàng)，銷售額急劇下跌，服務器市場大量被X86服務器搶占。困境中的Sun采取了開放戰(zhàn)略，將SPARC架構和指令集授權給其他公司，將Solaris操作系統(tǒng)開源。

　　SPARC指令集被富士通發(fā)揚光大用來生產大型機和超級計算機，那都是后話了。

　　命運曲折的MIPS

　　提到MIPS相信大家都不陌生，今天仍有許多工業(yè)設備、路由器、存儲器、交換機的控制芯片采用MIPS架構。

　　MIPS公司起源于斯坦福大學的MIPS項目，是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構芯片。熟悉行業(yè)的朋友應該了解，MIPS公司的業(yè)務模式與今天的Arm類似，一開始就是走得指令集和架構授權的道路，后續(xù)由于資金問題，在1992年以3.33億美元的價格賣給了SGI公司。SGI收購MIPS后，將MIPS處理器引入IRIS 4D系列中，開發(fā)了很多MIPS架構的工作站與服務器。

　　不過，后面SGI公司在2006年放棄了MIPS架構的服務器，MIPS后面采取了大開放的戰(zhàn)略，許多公司都用MIPS架構生產嵌入式芯片，在Arm崛起前，MIPS處理器一度是世界上最大的嵌入式處理器架構，我國的龍芯就是基于MIPS架構發(fā)展起來的。

　　固守城池的IBM

　　上文提到的所有RISC指令集處理器，依舊還能在服務器領域大規(guī)模商用的只剩下IBM的Power。IBM是最早提出RISC架構的公司，但其RISC CPU直到1990年才正式問世，比Sun公司的SPARC和MIPS都要晚。

　　Power芯片的知名度自不必多言，截止目前，IBM Power經過了多代發(fā)展，演進到Power 10架構。目前為止市面上能夠看到的Power服務器(大型機與小型機還有Power Systems系列服務器)幾乎都是IBM生產的。

　　相比英特爾的至強系列，IBM遇到了與其他所有沒落的RISC架構同樣的問題，就是用途太窄、規(guī)模太小導致處理器單價居高不下，在與英特爾的競爭中也就越來越居于下風。

　　大概在英特爾收購Altera之后，IBM也學習Sun公司搞Power架構開放聯(lián)盟，聯(lián)合Xilinx 以及眾多設備廠商建立了OpenPOWER聯(lián)盟，意在通過開源的方式吸引合作伙伴在Power的架構下搭建服務器產品。

　　或許是想效仿Linux的成功，Linux 操作系統(tǒng)的開源確實在全球創(chuàng)造了一個奇跡，它以星星之火可以燎原之勢打造了一個龐大的生態(tài)系統(tǒng)。但從目前看，Power 架構開源以后似乎沒有出現(xiàn)同等的效應，市面上基于Power架構的服務器產品不知道有多少數據中心在使用。

　　綜合來看，英特爾在數據中心市場取得了絕對性的勝利。知乎博主Yvonne認為，英特爾之所以能夠逐漸進入服務器處理器市場并最終占據壟斷地位，除了Wintel聯(lián)盟的開放戰(zhàn)略外，很大程度上是由于英特爾的規(guī)模優(yōu)勢帶來的低成本，再加上英特爾在制程領域的領先。

　　但或許目前這個局面正在改變，Arm處理器的興起，臺積電在制程技術上的領先，目前缺的只是生態(tài)系統(tǒng)的搭建。英特爾當年能夠把一票RISC服務器打敗，靠得是廉價的X86服務器，今天的Arm、Power服務器將會以同樣的手法侵蝕英特爾的市場，以彼之道，還彼之身。

　　同時，隨著市場需求和行業(yè)變革，GPU、AI芯片以及DPU等都成為服務器中重要的一部分，行業(yè)廠商持續(xù)發(fā)力，給英特爾江湖地位帶來沖擊。

　　三、英特爾遭“八面埋伏”

　　據TrendForce研究顯示，隨著市場需求的增長，超大規(guī)模數據中心對于服務器的需求占比，從去年第四季的四成以上，有望達到今年接近45%的可能。預計2021年全球服務器出貨成長率將逾5%，各方企業(yè)們都瞄準了數據中心的巨大市場。

　　市場趨勢反映到企業(yè)身上，即使輝煌的英特爾也迎來難言的落寞。過去一段時間，雖然英特爾還是當之無愧的服務器霸主，但受到了AMD、Arm陣營以及國內同行等強勁對手的追趕和挑戰(zhàn)，又因為先進制程遲遲沒有進展，頻頻遭受外界質疑。

　　AMD高歌猛進

　　如果英特爾在服務器領域覺得寂寞，想要找一個競爭對手，恐怕能和它抗衡一下的就是AMD了。

　　據TrendForce公布的數據指出，AMD今年在服務器芯片市場可望奪得10%的市場份額，明年將奪得15%的市場份額，而此前英特爾曾占有服務器芯片市場99%的市場份額，服務器芯片市場被AMD攻入對英特爾是重大打擊。

　　2018年，AMD推出了EYPC霄龍服務器芯片，延續(xù)了Zen架構的性能優(yōu)勢，再加上AMD的服務器芯片擁有價格優(yōu)勢，可以兼容英特爾的X86架構服務器芯片，AMD慢慢在服務器芯片市場打開局面。

　　研究機構Mercury Research幾個月前公布了2021年最新的服務器市場數據。AMD EPYC霄龍系列服務器CPU在這一季度末市場占有率達到了8.9%，環(huán)比增長1.8%，實現(xiàn)了2006年Q2以來的最快單季增長，創(chuàng)下了15年來新高。

　　不過這還不是巔峰，之前靠著皓龍?zhí)幚砥?，AMD只用了18個月，在服務器CPU市場上的份額就從5%提升到22%，AMD在服務器領域的最高市場占有率曾經達到27%。然而，當年的市場丟起來可謂排山倒海，如今想要爭回來自然不易，AMD這幾年來最大的奇跡實際上是在服務器CPU市場上，幾乎從零開始收復失地。

　　今年3月，AMD發(fā)布了全新的 Epyc7003 系列處理器，代號Milan，搭載了全新Zen 3架構。據悉，AMD 已經完成該芯片的設計，使用臺積電7nm制程。相較于英特爾新產品延遲量產的問題，AMD依靠臺積電強大的出貨能力占據了先發(fā)優(yōu)勢。

　　霄龍EPYC處理器除了要保持穩(wěn)定的性能，更重要的是后續(xù)的產品迭代跟上步伐，產品運營穩(wěn)步向前，穩(wěn)扎穩(wěn)打，服務器市場還有AMD的一片天地。展望后續(xù)，AMD將在2021年底投入5nm制程，此將進一步優(yōu)化成本、功耗與效能，進一步提升服務器芯片市場的份額。

　　另一方面，AMD計劃收購Xilinx的消息有望成為帶動其發(fā)展的新驅動力。如今高并行、高密集計算能力成為主流的情況下，傳統(tǒng)的通用處理器已然無法滿足需求，此趨勢下需要的整合設計能力，要有CPU+異構單元和生態(tài)協(xié)作能力，這也是AMD與Xilinx達成合作的基礎。

　　Arm引領服務器芯片架構之爭

　　在AMD之外，Arm更是英特爾的大患。

　　服務器芯片市場產品繁多，功能和性能定位不一，但按照指令集架構來區(qū)分的話，目前市場上主要有兩個陣營在競爭，一個是CISC(復雜指令集)架構，另一個是RISC(精簡指令集)架構。

　　CISC的設計者希望通過直接在硬件中構建復雜的指令從而使編程更方便、程序運行速度更快，其架構中每個指令可執(zhí)行若干低端操作，諸如從存儲器讀取、存儲和計算操作，全部集于單一指令之中;與之相反，RISC 架構中只包含使用頻率高的少量簡單指令，并提供一些必要的指令以支持操作系統(tǒng)和高級語言。

　　CISC陣營以英特爾、AMD的X86架構為代表，而RISC陣營則包括Arm、MIPS、Power PC、RISC-V等架構。

　　其中Arm近年來發(fā)展得風生水起。

　　Arm，這個在移動處理器市場大放異彩的IP授權商，周圍聚集了全球頂尖的芯片設計商，出貨量以百億級讓英特爾顏面掃地，黯然退場。當然，手機市場的飽和意味著Arm的市場份額也要接近飽和，需要開闊新的市場來實現(xiàn)市場增長。

　　Arm想要在服務器領域有所作為已是眾所周知，其從2008年開始就發(fā)起了對服務器市場的沖擊，只可惜沖擊多次都沒掀起多少波瀾。Arm陣營門徒眾多，但在服務器芯片領域卻一直走的十分坎坷。2008年，Arm開始醞釀服務器芯片計劃，隨后乘著Arm 64的東風，高通、Cavium、博通、微軟、華為、飛騰等都陸續(xù)開發(fā)了各自的Arm服務器CPU，后來又經歷了AMD來了又走，高通高調入局卻折戟沉沙，三星暗自發(fā)力也難逃落得無疾而終。十多年的發(fā)展，Arm服務器芯片依然無法對X86造成有力沖擊，到現(xiàn)在還在Arm服務器芯片領域堅持的企業(yè)已經不多了。

　　不過，近兩年Arm陣營仿佛又開始慢慢熱鬧起來了。Ampere、富士通、Mavell、亞馬遜、華為等頻頻發(fā)力，推出基于Arm的基礎設施處理器。2019年，Arm引入Neoverse產品線，并發(fā)布了Neoverse N1/E1核心IP——這是Arm第一次專門針對服務器產品推廣有“名分”的處理器IP。

　　雖然從單純的性能層面以及生態(tài)完整性而言，Arm Neoverse N1仍無法與英特爾/AMD相提并論，但是在TCO(總擁有成本)和能效(Power Efficiency)層面，Arm的解決方案對基礎設施供應商有足夠的吸引力。

　　過去幾年，基于Arm架構的服務器芯片一直在強化其在數據中心市場的存在感。DIGITIMES在今年3月發(fā)布的研究報告中提到：亞馬遜、微軟等云計算數據中心運營商以及Marvell、Ampere等芯片設計企業(yè)開始采用Arm架構，這預計將幫助Arm在大規(guī)模云數據中心與HPC市場擴張，或將對X86產品構成威脅。

　　如果說蘋果發(fā)布搭載M1處理器的Mac電腦，讓PC廠商覺得Arm個人電腦有搞頭，那么Arm服務器芯片陣營廠商所取得的成績，則讓更多芯片設計廠商備受鼓舞，提供了一條新的發(fā)展道路。

　　盡管如此，Arm與RISC架構現(xiàn)階段僅維持小批量規(guī)模的接單生產，且以資料中心市場為主，TrendForce認為，至2023年前，以Arm架構為代表的RISC架構芯片仍難與X86抗衡。

　　有業(yè)界資深人士向筆者表示，其他架構與英特爾X86相比，差距的不是性能，而是生態(tài)和應用，無論是什么架構，最后推動起來還是靠應用，所以架構意義不大，要看怎么做應用和生態(tài)，看架構生態(tài)的活躍度和支持度。

　　生態(tài)的繁榮一定是要依賴于更多的人才聚集、廠商支持、資金投入，缺一不可。歷史上一些架構的消亡，往往不是技不如人，而是生態(tài)建設沒有跟上市場的發(fā)展。X86和Arm在人才聚集、廠商支持、資金投入方面相對領先，X86有先發(fā)優(yōu)勢，而Arm有TCO方面的優(yōu)勢，在新的細分市場競爭中Arm架構更能發(fā)揮各CPU廠商的獨特視角，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢特點。

　　英偉達欲借AI突圍

　　英偉達如今在數據中心市場的熱度風光無二。從英偉達2021 Q4季報來看，其數據中心業(yè)務營收達到19.03億美元，同比增長97%。目前數據中心業(yè)務已占到英偉達公司營收的40%左右。

　　其實早在2011年，就有消息表示，英偉達計劃使其Tegra芯片進軍服務器市場，該芯片內核將集英偉達圖形處理器的并行處理能力與Arm的低能耗特性于一體，挑戰(zhàn)英特爾在服務器芯片市場上的主導地位，不過之后并沒有引起多大水花，游戲業(yè)務依舊占大頭。

　　2016年，AI興起，數據中心市場開始爆發(fā)，借著這股東風，英偉達乘勢而上，其GPU在AI領域取得關鍵優(yōu)勢。英偉達的GPU擁有比英特爾的CPU更強的并行計算、低精度運算等性能，由于這種優(yōu)勢當前全球大多使用英偉達的GPU訓練神經網絡。

　　根據中金公司的研報顯示，自2016 年起，英偉達公司數據中心業(yè)務收入一路攀升，同比增長率連續(xù)七個季度超100%。

　　英偉達數據中心業(yè)務單季收入及同比增長率(圖源：中金公司研究部)

　　依靠GPU的優(yōu)勢，英偉達開始進軍服務器市場，希望借助Arm架構所擁有的低功耗、低成本優(yōu)勢挑戰(zhàn)英特爾在服務器芯片市場的壟斷地位。

　　在今年GTC 大會上，英偉達發(fā)布了首款Arm架構服務器處理器Grace，面向AI、超算、數據中心等領域，2023年面世。在整個計算架構上，CPU與GPU之間的通訊協(xié)議改用NVLINK，以實現(xiàn)真正的高帶寬。Grace CPU以及計算架構頗有“革”X86命的意味。

　　除了 英特爾 及 AMD的 X86 CPU在服務器中扮演心臟的角色，英偉達安裝在服務器的 AI GPU加速器就像扮演訓練人工智能增強推理能力的角色。

　　英偉達的GPU在AI領域有著先發(fā)優(yōu)勢，全球大多用戶都使用其GPU訓練神經網絡，而英偉達缺的恰恰是一個處理器平臺，從而可以和GPU整合在一起，完成高性能計算服務器平臺的完整交付。

　　盡管英偉達收購Arm還在進行中，基于Arm架構的CPU率先浮出水面，從GPU開始向CPU擴張。一旦Arm被英偉達成功收購，英偉達在CPU上的短板也將被補齊，再借助Arm架構所擁有的低功耗、低成本優(yōu)勢。英偉達將具備完整的CPU+GPU能力，能夠構筑一個橫跨移動、PC、服務器端的生態(tài)帝國，這將給英特爾帶來前所未有的壓力。

　　四、本土廠商加入戰(zhàn)局

　　國產服務器芯片方面，如今國內正在研制的處理器所采用的指令集架構包羅萬象，最活躍的有MIPS架構的龍芯，Alpha架構的申威，Arm架構的飛騰、華為等。

　　盡管變革已來，但在服務器架構中，英特爾X86已牢牢占據“C”位，國內廠商幾大門派如X86、Arm、MIPS、Alpha、Power等技術路線各異，但均在提升服務器芯片性能上發(fā)力，或提高核數，或提高路數，或兩者兼而有之、同步發(fā)展，力求國產芯片在關鍵行業(yè)的應用中能夠滿足用戶的多樣化需求。

　　當前，對于中國市場而言X86服務器業(yè)務市場巨大，包括華為、浪潮、海光在內的大多數中國服務器廠商，一直無法擺脫對英特爾在底層芯片架構上的重度依賴和限制，存在較多風險。

　　目前國產芯片企業(yè)在Arm和Alpha兩大架構服務器芯片方面已取得不錯的成績。

　　以飛騰為代表的本土服務器芯片廠商，從2011年就開始進入Arm服務器芯片領域，到現(xiàn)在已經快十年了。憑借國內有特定的市場優(yōu)勢，在國產替代領域，Arm服務器已經漸成主流。

　　從技術上來看，在服務器領域，特別是云計算應用場景里，Arm服務器芯片的低功耗是其最大的優(yōu)勢。Arm服務器芯片通過多合實現(xiàn)了可以比擬X86芯片的高性能，又通過其低功耗特性，達到了節(jié)約能源的目的。因此Arm服務器芯片與云、數據中心虛擬化等應用場景是天生一對。同時，Arm的生態(tài)也在快速成熟，特別是在服務器端，進展非常迅速。

　　申威研發(fā)的Alpha架構服務器芯片可能是中國值得發(fā)展的服務器芯片方向，Alpha架構是早已被惠普收購的DEC公司研發(fā)的，后續(xù)Alpha架構逐漸被惠普放棄了，經過20多年時間，Alpha架構的部分專利已經過期，申威由此將Alpha架構收購成為自主控制的芯片架構。Alpha架構雖然在市場上已幾乎沒有存在感，但是該項架構技術其實是相當先進，在1990年代的時候幾乎與X86架構并駕齊驅，申威買來Alpha架構后推出的服務器芯片就用于全球頂尖水平的太湖之光服務器上，證明Alpha架構服務器芯片的強大技術性能。

　　其實除了上述幾種架構的服務器芯片之外，中國也在研發(fā)Power架構的服務器芯片，不過受IBM的控制，國產Power架構服務器芯片性能稍微落后。

　　整體來看，隨著國際大環(huán)境的日益復雜以及國家對自主技術和安全可控，越來越重視，服務器芯片國產化進程或將提速發(fā)展。

　　五、寫在最后

　　目前，服務器處理器最大的供應商仍然是英特爾。但或許，筆者在文中討論的AMD、Arm陣營和英偉達會對英特爾帶來強而有力的挑戰(zhàn)。

　　一方面，AMD來勢兇猛，英偉達在高性能計算領域的擁有了GPU+Arm CPU強有力的支點，有望從高端市場慢慢蠶食英特爾的市場。

　　另一方面，隨著互聯(lián)網廠商對于數據中心的話語權越來越強，Arm架構的服務器芯片為終端需求客戶直接提供定制化服務器芯片設計也可能會擁有越來越大的市場。

　　歷經數波沉浮，服務器芯片或將在不久的將來迎來新的變局，契機與命運不斷輪轉，不知誰將成為下一個晨星。