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ARM 64位元架構躍升鎂光燈焦點
生態系統策略逐漸奏效

【作者: 姚嘉洋】   2016年07月15日 星期五

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ARM在今年依然有重大的產品發佈,一是處理器核心Cortex-A73,其次則是採用全新架構Biforst的繪圖處理器Mali-G71。ARM執行副總裁暨首席行銷業務長Rene Haas向媒體表示,這是他本人第四次參與COMPUTEX,這十年來,產業變化相當快速,他自己也在思考,他本人可以帶給市場什麼資訊。其中可以確定的是,行動運算的成長非常快速,它就像瑞士刀一樣,富含許多不同的功能或是使用情境。



圖1 :  ARM執行副總裁暨首席行銷業務長Rene Haas
圖1 : ARM執行副總裁暨首席行銷業務長Rene Haas

行動運算無限想像 ARM訴求整體表現極致

話鋒一轉,Rene Haas直接切入智慧型手機市場的現況,從市場成長率來看,智慧型手機的成長率的確呈現了逐漸下降的狀況,但他也直言,預測智慧型手機市場的變化,難道只能以全球人口數作為計算準則嗎?如果還存在著其他的市場驅動力或是使用情境,那這個市場就還有相當大的機會。


Rene Haas提到ARM最為老生常談的課題:生態系統,在過去這幾年,ARM的合作伙伴,對智慧型手機應用不斷地提出改進與創新,使得該市場蓬勃發展,在2009年,我們根本無法想像,智慧型手機也能實現AR(擴增實境)與VR(虛擬實境)的應用,但到了2016年,要實現這樣的應用並不是太遠,它需要處理器、繪圖處理器更為強大的運算能力,各個子系統的互相協助,過去在大型主機或是電視才能玩到的遊戲,現在也能實現在智慧型手機上。


ARM處理器事業部行銷策略副總裁Nandan Nayampally在會後接受本刊專訪時特別強調,Cortex-A73是專為智慧型手機所特地打造的處理器核心,在過去,我們可以看到Cortex-A72,在各個應用領域,如伺服器、車用與智慧型手機都有不錯的發展,但正因為ARM看重智慧型手機仍有相當大的發展空間,故推出專屬的Cortex-A73來加以因應,它內建了省電排程(Energy Aware Scheduling;EAS),輔以10奈米製程的整體表現,Cortex-A73功耗表現可謂十分出色。


Cortex-A72仍有後續版本 影像處理將是ARM重要主力

而隨著近一年來,ARM陸續發布了CoreLink CC-550與Cortex-A35,Nandan Nayampally也不諱言,未來big-Little架構的組合,不會只有侷限在A72搭配A53,或是A57搭配A53,而是會從由高到低,形成更為廣泛的組合類型。當然,由於Cortex-A73是專屬於智慧型手機的處理器核心,對於現有的泛用型核心A72,ARM的確也有下一步計畫,Nayampally也打趣地說,只要他在ARM服務的一天,這個計畫就會執行下去。


另外,值得一提的是,ARM的處理器與繪圖處理器核心,一直扮演ARM這幾年來的主要成長動能,但ARM也似乎有意將影像處理核心納為第一線的產品線,在過去,ARM的影像處理核心都被歸類在Mali旗下,但在今年,ARM似乎也有意將其獨立為單一的產品線。這一點,我們也從Nandan Nayampally的口中獲得證實,他坦言,ARM在今年的確有意要強化影像處理核心的投資,它在將來也會成為ARM十分重要的成長動力,


CAVIUM攻入HPC應用 第二代處理器現身

得益於ARM過往在生態系統上的努力,ARM的下游合作伙伴,在今年的COMPUTEX,也都陸續展現其努力成果。


其中一家則是專注於伺服器市場的CAVIUM(凱為半導體),若是較為資深的讀者,應該知道,2014年的COMPUTEX,該公司便發布一系列的ARM v8的架構伺服器處理器。而在2016年,CAVIUM也靠著許多合作伙伴像是技嘉科技等的支持,在各地市場取得不少戰果,其中亦不乏HPC(高效能運算)應用。



圖2 :  透過CAVIUM的努力,ARM終於在HPC領域開始拓展勢力版圖
圖2 : 透過CAVIUM的努力,ARM終於在HPC領域開始拓展勢力版圖

此外,CAVIUM也在COMPUTEX 2016期間,發表第二代伺服器處理器ThunderX2,ARM執行長Simon Segars也繼2014年的CAVIUM產品發表會的站台後,在2016年,二度為CAVIUM現身發言,這不難想見,CAVIUM已逐漸在艱困的伺服器市場中站穩腳步。



圖3 :  ARM執行長Simon Segars再度公開現身CAVIUM會場,並發表簡短演說
圖3 : ARM執行長Simon Segars再度公開現身CAVIUM會場,並發表簡短演說

根據CAVIUM的資料顯示,第一代的ThunderX的整體表現,已經可以略勝英特爾的伺服器專用處理器E5-2690 v5。而第二代ThunderX2則是將ARM的第二代64位元指令集ARMv8.2架構加以客製化,並一口氣將最大核心數量上調至54核心,時脈則為3GHz,前一代的最大核心數量僅有48核,核心時脈僅為2GHz,將採用14nm FinFET製程。而延續了ThunderX的精神。第二代的ThunderX2同樣也承襲了工作負載最佳化的特色,分別針對運算、儲存、安全與網路等四種應用,祭出四種不同的版本。


CAVIUM資料中心處理器事業部副總裁Gopal Hegde表示,由於英特爾佔據了大部份的伺服器市場,所以客戶會想要尋找替代方案,像是英業達、聯想與技嘉等,都開始採取了CAVIUM的處理器,在這個市場,CAVIUM唯一的對手,就是英特爾。CAVIUM先前所推出的伺服器處理器,共分為安全、網路、運算與儲存四大領域,現階段這四大產品線佔CAVIUM的營收狀況 ,Gopal Hegde也初步做了一點說明,目前安全與運算合計約為60%、網路為10%,儲存則為30%。


加速單元為其關鍵 HPC訴求節能也講效能

CAVIUM軟體生態系統方案事業部副總裁Larry Wikelius談到,過去第一波以ARM架構進軍伺服器市場的競爭對手,僅有考量到節省功率的層面,但在效能表現並無法滿足其市場需求,到了最後就只能選擇退出市場。但到了第二波,ARM架構處理器業者,在效能上已經可以開始滿足市場,工作負載上也能達到最佳化,所以並不會再出現重蹈當時業者的覆轍。


而眾所皆知,英特爾先前併購FPGA大廠Altera,主要理由之一就是要鞏固資料中心與HPC市場。Gopal Hegde指出,FPGA雖然具備可編程能力,但是系統運作效率較低,連帶的在功耗上也有所提升。但對於CAVIUM而言,除了增加處理器核心數量外,我們特別加裝了對應的硬體加速單元,在無需可編程的情況下,即能滿足市場需求。



圖4 :  左為CAVIUM軟體生態系統方案事業部副總裁Larry Wikelius;右為CAVIUM資料中心處理器事業部副總裁Gopal Hegde
圖4 : 左為CAVIUM軟體生態系統方案事業部副總裁Larry Wikelius;右為CAVIUM資料中心處理器事業部副總裁Gopal Hegde

對於ARM在伺服器市場的發展,過去外界的質疑聲浪大多會將重心放在生態系統不夠完備與成熟度不高的問題,這也使得ARM對於伺服器市場的態度也相對較為保守。更進一步的說,在HPC市場中,ARM似乎更沒有競爭能力,主因在於英特爾在該領域擁有相當穩固且龐大的市場基礎,但此一情況,在CAVIUM大張旗鼓地推出第二代產品後,情況漸漸有了些改變。ARM資料中心架構師Darren Cepulis不諱言,HPC的生態系統與其他種類的伺服器應用的確有不同的地方,ARM有專屬的團隊,針對軟體最佳化進行努力,但他表示,每瓦所發揮出來的效能是HPC的評測重點,這也是ARM十分在意的地方。



圖5 :  ARM資料中心架構師Darren Cepulis
圖5 : ARM資料中心架構師Darren Cepulis

而呼應了Gopal Hegde的說法,在未來,除了處理器核心外,ARM是否有可能針對伺服器應用推出對應的加速單元,Nandan Nayampally明白地表示,像是浮點運算單元或是數位訊號處理器等,ARM目前沒有這樣的打算推出這樣的IP,目前僅會將目標放在泛用性的處理器核心上。


64位元的再進一步 i.MX 8的現身

NXP(恩智浦半導體)在合併飛思卡爾之後,關於飛思卡爾旗下的處理器產品線就沒有太多相關的公開消息,在時值COMPUTEX 2016之際,NXP對於新一代i.MX 8處理器也向台灣媒體具體說明了發展方向。


NXP安全連結事業單位i.MX應用處理器產品系列副總裁Ronald M. Martino表示,前一代的i.MX 6與i.MX 7系列,成功地拓展了很多應用領域,在NXP合併飛思卡爾之前,NXP也允諾相關部門持續開發新一代的產品線,所聚焦的應用如人機介面、POS機台、工廠自動化與車用電子領域等,i.MX 8整合了相當多的硬體功能,像是感測集線器(Sensor Hub)、生物感測與強大的安全功能等。預計2017年會陸續提供少量樣本給客戶,所採用的製程為28奈米。但目前NXP已經能夠提供MEK(Multisensory Enablement Kit;多重感測器支援套件)讓市場使用,最高可以一次支援八個攝影鏡頭,至於在鏡頭解析度方面,Ronald M. Martino並沒有多做說明。



圖6 :  NXP安全連結事業單位i.MX應用處理器產品系列副總裁Ronald M. Martino
圖6 : NXP安全連結事業單位i.MX應用處理器產品系列副總裁Ronald M. Martino

i.MX 8與先前的處理器相同,NXP也規劃了一系列相關的產品線,不過,似乎是因為尚未進入量產時程,Ronald M. Martino不願多談太多的產品細節。話雖如此,Ronald M. Martino也描繪了i.MX 8處理器大致上的輪廓。


就處理器核心架構上,i.MX 8規劃了:Cortex-A72雙核搭配Cortex-A53四核、Cortex-A53四核、Cortex-A53雙核,以及ARM先前最新推出的Cortex-A35四核與雙核架構,所以夠一次滿足不同應用與性能上的需求,軟體應用與開發上,也能無縫接軌。


值得注意的是,i.MX 8在安全方面作了相當大的努力,雖然採用了ARM的TrustZone機制,卻也僅是整體安全機制的一部份。Ronald M. Martino進一步解釋,NXP過去在安全與防盜機制上極具盛名,其解決方案獲得各國政府信任,i.MX 8的安全機制是採用硬體核心各自獨立隔離的作法,最多可以切割劃分出十六個獨立區域,當系統要透過雲端進行軟體更新時,其機制能針對更新的核心進行隔離,避免在更新時,讓整個系統曝露在更新時的風險,進一步的說,能將軟體更新時的風險降到最低。


不僅伺服器 網通領域也有斬獲

一向是COMPUTEX常客的晶片設計大廠Marvell,今年也照往例參加了COMPUTEX,Marvell今年的產品展示重點,除了我們所熟知的SSD(固態硬碟)外,另外一個重點則是過去較少提到的網路基礎建設。


Marvell連接儲存基礎建設事業單位產品行銷助理副總裁Hanh Nguyen表示,Marvell所聚焦的市場,包含不同需求的資料中心、企業應用、中小型企業與居家就業等,而此次要發佈的新產品,包含了嵌入式處理器ARMADA 7000/8000,以及交換器PRESTERA Aldrin與AlleyCAT3X等晶片方案。


Marvell連接儲存基礎建設事業單位產品行銷總監Reza Eltejaein指出,新一代的ARMADA 7000/8000採用了ARM的Cortex-A72處理器核心,分別是四核與雙核架構,軟體皆可相容。就Marvell的觀察,不論是居家或是企業應用,皆出現新的發展趨勢,以企業應用為例,隨著SDN(軟體定義網路)與NFV(網路功能虛擬化)的興起,在晶片端就必須要有所因應,同樣的,在居家環境應用,Marvell也發現,有更多的裝置需要被加以連結,尤其像是影音傳輸,必須透過連線技術傳送至居家環境中的不同地點,所以在系統建置之初,其擴充能力就必須考慮進去。


同樣的,Marvell連接儲存基礎建設事業單位產品副總監Yaron Zimerman也透露,企業交換器的發展已經朝向有線與無線的融合方向發展,與此同時,企業也十分看重私有雲對於企業的重要性,就基礎建設上,也朝向垂直整合的路線邁進。所以,PRESTERA Aldrin與AlleyCAT3X兩大方案,主要是各自因應網路架構不同階層的需求而生,前者針對企業核心與聚合階層的交換器系統為主,後者則是鎖定擷取層堆疊的交換器系統,當然,兩者所能肩負的網路速度也有一定的差異。


ARM的64位元架構的推出已有不短的時間,技術的突破與推移,即便是最難攻破的HPC領域,也開始有所斬獲。未來ARM與英特爾之間的戰火,是否會在該領域再上演一次,後續值得觀察。



圖7 :  針對網路應用,Marvell推出一系列交換器的晶片方案,大體上與ARM的發展策略路徑一致。
圖7 : 針對網路應用,Marvell推出一系列交換器的晶片方案,大體上與ARM的發展策略路徑一致。

據了解,新一代的ARMADA 7000/8000採用的是MoChi技術,類似於樂高的概念該技術的特色是能將不同的裸晶加以整合在同一封裝上,除了採用先進製程的處理器核心外,Marvell也能將其他的I/O介面、控制器或是記憶體等,依據系統不同需求,來封裝成不同的產品線,以客製化方式,動態因應市場需求。據Marvell現場人員談到,Marvell的確有意在網路基礎建設市場進一步取得更多的話語權,以拉開與競爭對手的距離,競爭對手的產品雖然也有相當完整,但考量到整合度與系統的電路設計,這種作法可以省去較多的成本,系統電路設計也可以更加容易。


由於SDN與NFV概念,必須需要大量的軟體協作,以讓服務供應商或是營運商能靈活調整其服務策略,對此,ARMADA 7000/8000是否能進一步滿足這方面的需求,Reza Eltejaein談到,ARMADA 7000/8000有搭載網路封包卸載專用的處理器單元,再加上SDN與NFV本就屬於開源陣營的產物,Marvell在這方面一向也相當的積極,所以要對應這類應用並不是太大的問題。


結論

大體上,今年對於ARM陣營來說,應該是64位元架構在各大應用領域都有斬獲的一年,就結果論來看,也是ARM的生態系統策略開始發酵所致,展望明年的COMPUTEX,我們也很期待ARM陣營帶來更多的成果。


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