自研Arm CPU 谷歌造芯突围

本报记者 李玉洋 上海报道

就在英特尔推出最新AI芯片产品Gaudi 3加速卡来硬杠英伟达、AMD的同一天，谷歌也祭出了首款为数据中心设计、基于Arm架构定制的新型CPU Axion，谷歌造芯系列最新的一集来了。

美国当地时间4月9日，科技巨头谷歌在云年度大会Google Cloud Next 24上宣布了Axion的存在，并表示Axion性能比通用ARM芯片高30%，比英特尔生产的当前一代X86架构芯片性能高50%，且能效高出60%。

“基于Arm架构的芯片一般都能达到高能源效率，所以不是很出奇，而更好的性能则见仁见智，因为计算性能的评估需要考虑工作类型。”研究机构Omdia AI行业首席分析师苏廉节对《中国经营报》记者表示。

对于此番谷歌自研CPU这件事，苏廉节并不感到意外：“云大厂都在走这条路，华为的鲲鹏和阿里的玄铁就是最好例子。”需要指出的是，玄铁采用的是另一种非X86架构——RISC-V架构。

尽管当前数据中心CP市场相对稳定，但苏廉节认为目前的芯片大厂不该掉以轻心，来自云大厂的订单或许会下降，预计到2030年云厂商自研CPU会占据整体CPU出货量的20%。而投资机构ARK invest的预测更为激进：到2030年，在云业务领域取代X86架构，Arm＋RISC-V的组合所占据的市场份额将增加至71%。

首款Arm架构CPU

公开资料显示，谷歌造芯之路是这样的：自2015年以来，谷歌推出专用芯片张量处理单元（TPU），迄今已发布了五代；2018年，谷歌发布了第一个视频编码单元（VCU）；2021年，谷歌通过投资“片上系统”（SoC）设计，加大了定制计算的投入，并发布了用于移动设备的三代Tensor芯片中的第一款。

而Axion则是谷歌自研芯片家族的最新成员，其基于Arm的Neoverse 2，专为数据中心设计。根据谷歌云内部的数据，与当今云中最快的、基于Arm的处理器相比，Axion提供的实例性能高出了30%；而与当代基于X86的同类处理器相比，Axion的性能高出50%，能效高出60%。

需要指出的是，在此次Google Cloud Next 24大会上，谷歌还推出最新的TPU：TPU v5p，用于训练和推理的AI加速器，官方宣称其计算能力是上一代的4倍。据悉，谷歌的TPU是少数英伟达先进AI芯片的替代品之一，而开发者只能通过谷歌的云平台使用，不能直接购买。博通是谷歌生产前几代TPU芯片的合作方，谷歌并未透露设计Axion是否有合作方，以及博通参与推出谷歌云第五代TPU v5p的情况。

Axion的推出，也意味着谷歌成为继微软和亚马逊之后第三家用基于Arm架构推出CPU的云厂商巨头。2018年，亚马逊的AWS推出了基于Arm的Graviton处理器；去年，微软推出了Cobalt 100，同样是Arm的架构。

视线再转移到Axion身上。据悉，Axion适用于支持谷歌的搜索引擎和人工智能等一系列任务，将被用于多种谷歌旗下的服务，例如YouTube广告投放、大数据分析，将于今年晚些时候提供给Google Cloud客户使用。

谷歌官方表示，Axion该芯片可以通过帮助处理大量数据并为数十亿名用户部署服务，将在AI领域发挥重要的支持作用。不过，谷歌并没有将该芯片视为一种竞争之举，谷歌负责自研芯片业务的副总裁Amin Vahdat说：“我觉得这是做大蛋糕的基础。”

相关数据显示，虽然广告依然是谷歌最大收入源，但云计算的增长更快，在谷歌的收入中占比不断提高，已接近占公司总收入的11%。据市场研究公司Gartner估算，2022 年，谷歌占云基础设施市场7.5%的份额，而亚马逊和微软合计控制着约62%的市场份额。

“X86 CPU的通用性很强，既能兼容前几代的系统，也能进行新型的应用，但正是由于兼容性的需求导致芯片无法进行彻底的优化，和新型的Arm芯片对比，某些性能还是欠缺。”苏廉节表示，云大厂都在自研CPU，所以英特尔、AMD等传统数据中心CPU芯片大厂不能掉以轻心。

Arm＋RISC-V的市场份额将超70%？

在去年Arm上市路演的视频中，英伟达CEO黄仁勋表示：“数据中心芯片将是驱动未来计算的重要力量，如果没有Arm芯片技术架构、没有高性能的Arm CPU支撑、没有Arm的IP授权系统，英伟达无法制造出超级AI芯片。”

集邦咨询研究显示，近年企业对于人工智能、高效能运算等数字转型需求加速，带动云端采用比例增加，全球主要云端服务业者为提升服务弹性，陆续导入Arm架构服务器，预期至2025年Arm架构在数据中心服务器渗透率将达22%。

那么，为什么Arm等非X86架构的CPU能在数据中心中分得市场？市场研究公司Counterpoint高级研究分析师 Akshara Bassi曾表示：“尽管英特尔仍然是市场领导者，但其市场份额的损失表明AMD不断增加的产品组合和优于英特尔的业绩。正如AWS和阿里巴巴所证明的那样，由于各种工作负载部署和Ampere Computing的现成解决方案提供的投资回报率，基于Arm的架构芯片继续获得发展势头。”

事实上，蚕食X86架构的CPU市场份额，不只是Arm架构，还有开源的RISC-V架构。北京嘉楠捷思信息技术有限公司副总裁汤炜伟曾表示，一个新架构想渗透到一个原来的市场里面去，往往都是“从低向高”渗透的，但这个路线不适合RISC-V。

“Arm是从C端向B端发展过程中渗透到X86市场的，server（服务器）最终使用者是B端，而PC（个人电脑）最终使用者是C端，C端的一个特点是软件需求非常多、使用非常友好，才能够得到广泛认可，体验足够好。”汤炜伟认为，RISC-V会优先渗透server而不是PC，由于server所使用的软件偏少，只要能在两三种软件取得优势，就能打开一定市场空间。

记者还注意到，芯片大神Jim Keller加入的加拿大AI芯片独角兽Tenstorrent也在用RISC-V做CPU。Tenstorrent首席CPU架构师练维汉认为，AI模型的计算不只是矩阵型运算，还有很多需要CPU来做，比如大语言模型的存取非常破碎、混乱，而这是CPU最擅长做的。

“大语言模型有所谓的KV cache，它是给语言模型的一个情景，比如说我谈狗的时候，是你的狗还是我的狗？所以说先把token（令牌）碰到KV cache里，它去找聊天记录，像这样的项目非常多，每次开始一个对话，它就做这样的事情。”练维汉表示，这是一种不同寻常的随机存取，所以CPU是个好选择，未来这样的情况预计会越来越多，所以CPU＋AI引擎是一种好的异构组合。

谈及为何选择RISC-V来做CPU，练维汉认为开源和灵活性是选择RISC-V的重要原因。“RISC-V是开源的，开源的好处是可以做任何修改；从整个计算需求的过程看，灵活性很重要，因为从客户端到云端有很多不同的优化，就需要指令集做灵活的改动。假如用Arm架构的话，任何事情都要和Arm汇报，获得授权。”练维汉表示，RISC-V是一个非常有灵活性的ISA（指令集架构），是一种计算的未来。

根据ARK invest的预测，到2030年，Arm和RISC-V可能成为新的处理器标准，在云业务领域取代X86架构，Arm＋RISC-V的组合所占据的市场份额，将从2020年的零，增加至2030年的71%。

（编辑：吴清 审核：李正豪 校对：颜京宁）