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ARM 64位元架构跃升镁光灯焦点
生态系统策略逐渐奏效

【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产品发布,一是处理器核心Cortex-A73,其次则是采用全新架构Biforst的绘图处理器Mali-G71。 ARM执行副总裁暨首席行销业务长Rene Haas向媒体表示,这是他本人第四次参与COMPUTEX,这十年来,产业变化相当快速,他自己也在思考,他本人可以带给市场什么资讯。其中可以确定的是,行动运算的成长非常快速,它就像瑞士刀一样,富含许多不同的功能或是使用情境。



图1 : ARM执行副总裁暨首席行销业务长Rene Haas
图1 : ARM执行副总裁暨首席行销业务长Rene Haas

行动运算无限想像 ARM诉求整体表现极致

话锋一转,Rene Haas直接切入智慧型手机市场的现况,从市场成长率来看,智慧型手机的成长率的确呈现了逐渐下降的状况,但他也直言,预测智慧型手机市场的变化,难道只能以全球人口数作为计算准则吗?如果还存在着其他的市场驱动力或是使用情境,那这个市场就还有相当大的机会。


Rene Haas提到ARM最为老生常谈的课题:生态系统,在过去这几年,ARM的合作伙伴,对智慧型手机应用不断地提出改进与创新,使得该市场蓬勃发展,在2009年,我们根本无法想像,智慧型手机也能实现AR(扩增实境)与VR(虚拟实境)的应用,但到了2016年,要实现这样的应用并不是太远,它需要处理器、绘图处理器更为强大的运算能力,各个子系统的互相协助,过去在大型主机或是电视才能玩到的游戏,现在也能实现在智慧型手机上。


ARM处理器事业部行销策略副总裁Nandan Nayampally在会后接受本刊专访时特别强调,Cortex-A73是专为智慧型手机所特地打造的处理器核心,在过去,我们可以看到Cortex-A72,在各个应用领域,如伺服器、车用与智慧型手机都有不错的发展,但正因为ARM看重智慧型手机仍有相当大的发展空间,故推出专属的Cortex-A73来加以因应,它内建了省电排程(Energy Aware Scheduling;EAS),辅以10奈米制程的整体表现,Cortex-A73功耗表现可谓十分出色。


Cortex-A72仍有后续版本 影像处理将是ARM重要主力

而随着近一年来,ARM陆续发布了CoreLink CC-550与Cortex-A35,Nandan Nayampally也不讳言,未来big-Little架构的组合,不会只有局限在A72搭配A53,或是A57搭配A53,而是会从由高到低,形成更为广泛的组合类型。当然,由于Cortex-A73是专属于智慧型手机的处理器核心,对于现有的泛用型核心A72,ARM的确也有下一步计画,Nayampally也打趣地说,只要他在ARM服务的一天,这个计画就会执行下去。


另外,值得一提的是,ARM的处理器与绘图处理器核心,一直扮演ARM这几年来的主要成长动能,但ARM也似乎有意将影像处理核心纳为第一线的产品线,在过去, ARM的影像处理核心都被归类在Mali旗下,但在今年,ARM似乎也有意将其独立为单一的产品线。这一点,我们也从Nandan Nayampally的口中获得证实,他坦言,ARM在今年的确有意要强化影像处理核心的投资,它在将来也会成为ARM十分重要的成长动力,


CAVIUM攻入HPC应用 第二代处理器现身

得益于ARM过往在生态系统上的努力,ARM的下游合作伙伴,在今年的COMPUTEX,也都陆续展现其努力成果。


其中一家则是专注于伺服器市场的CAVIUM(凯为半导体),若是较为资深的读者,应该知道,2014年的COMPUTEX,该公司便发布一系列的ARM v8的架构伺服器处理器。而在2016年,CAVIUM也靠着许多合作伙伴像是技嘉科技等的支持,在各地市场取得不少战果,其中亦不乏HPC(高效能运算)应用。



图2 : 透过CAVIUM的努力,ARM终于在HPC领域开始拓展势力版图
图2 : 透过CAVIUM的努力,ARM终于在HPC领域开始拓展势力版图

此外,CAVIUM也在COMPUTEX 2016期间,发表第二代伺服器处理器ThunderX2,ARM执行长Simon Segars也继2014年的CAVIUM产品发表会的站台后,在2016年,二度为CAVIUM现身发言,这不难想见,CAVIUM已逐渐在艰困的伺服器市场中站稳脚步。



图3 : ARM执行长Simon Segars再度公开现身CAVIUM会场,并发表简短演说
图3 : ARM执行长Simon Segars再度公开现身CAVIUM会场,并发表简短演说

根据CAVIUM的资料显示,第一代的ThunderX的整体表现,已经可以略胜英特尔的伺服器专用处理器E5-2690 v5。而第二代ThunderX2则是将ARM的第二代64位元指令集ARMv8.2架构加以客制化,并一口气将最大核心数量上调至54核心,时脉则为3GHz,前一代的最大核心数量仅有48核,核心时脉仅为2GHz,将采用14nm FinFET制程。而延续了ThunderX的精神。第二代的ThunderX2同样也承袭了工作负载最佳化的特色,分别针对运算、储存、安全与网路等四种应用,祭出四种不同的版本。


CAVIUM资料中心处理器事业部副总裁Gopal Hegde表示,由于英特尔占据了大部份的伺服器市场,所以客户会想要寻找替代方案,像是英业达、联想与技嘉等,都开始采取了CAVIUM的处理器,在这个市场,CAVIUM唯一的对手,就是英特尔。 CAVIUM先前所推出的伺服器处理器,共分为安全、网路、运算与储存四大领域,现阶段这四大产品线占CAVIUM的营收状况,Gopal Hegde也初步做了一点说明,目前安全与运算合计约为60%、网路为10%,储存则为30%。


加速单元为其关键 HPC诉求节能也讲效能

CAVIUM软体生态系统方案事业部副总裁Larry Wikelius谈到,过去第一波以ARM架构进军伺服器市场的竞争对手,仅有考量到节省功率的层面,但在效能表现并无法满足其市场需求,到了最后就只能选择退出市场。但到了第二波,ARM架构处理器业者,在效能上已经可以开始满足市场,工作负载上也能达到最佳化,所以并不会再出现重蹈当时业者的覆辙。


而众所皆知,英特尔先前并购FPGA大厂Altera,主要理由之一就是要巩固资料中心与HPC市场。 Gopal Hegde指出,FPGA虽然具备可编程能力,但是系统运作效率较低,连带的在功耗上也有所提升。但对于CAVIUM而言,除了增加处理器核心数量外,我们特别加装了对应的硬体加速单元,在无需可编程的情况下,即能满足市场需求。



图4 : 左为CAVIUM软体生态系统方案事业部副总裁Larry Wikelius;右为CAVIUM资料中心处理器事业部副总裁Gopal Hegde
图4 : 左为CAVIUM软体生态系统方案事业部副总裁Larry Wikelius;右为CAVIUM资料中心处理器事业部副总裁Gopal Hegde

对于ARM在伺服器市场的发展,过去外界的质疑声浪大多会将重心放在生态系统不够​​完备与成熟度不高的问题,这也使得ARM对于伺服器市场的态度也相对较为保守。更进一步的说,在HPC市场中,ARM似乎更没有竞争能力,主因在于英特尔在该领域拥有相当稳固且庞大的市场基础,但此一情况,在CAVIUM大张旗鼓地推出第二代产品后,情况渐渐有了些改变。ARM资料中心架构师Darren Cepulis不讳言,HPC的生态系统与其他种类的伺服器应用的确有不同的地方,ARM有专属的团队,针对软体最佳化进行努力,但他表示,每瓦所发挥出来的效能是HPC的评测重点,这也是ARM十分在意的地方。



图5 : ARM资料中心架构师Darren Epulis
图5 : ARM资料中心架构师Darren Epulis

而呼应了Gopal Hegde的说法,在未来,除了处理器核心外,ARM是否有可能针对伺服器应用推出对应的加速单元,Nandan Nayampally明白地表示,像是浮点运算单元或是数位讯号处理器等,ARM目前没有这样的打算推出这样的IP,目前仅会将目标放在泛用性的处理器核心上。


64位元的再进一步 i.MX 8的现身

NXP(恩智浦半导体)在合并飞思卡尔之后,关于飞思卡尔旗下的处理器产品线就没有太多相关的公开消息,在时值COMPUTEX 2016之际,NXP对于新一代i.MX 8处理器也向台湾媒体具体说明了发展方向。


NXP安全连结事业单位i.MX应用处理器产品系列副总裁Ronald M. Martino表示,前一代的i.MX 6与i.MX 7系列,成功地拓展了很多应用领域,在NXP合并飞思卡尔之前,NXP也允诺相关部门持续开发新一代的产品线,所聚焦的应用如人机介面、POS机台、工厂自动化与车用电子领域等,i.MX 8整合了相当多的硬体功能,像是感测集线器(Sensor Hub)、生物感测与强大的安全功能等。预计2017年会陆续提供少量样本给客户,所采用的制程为28奈米。但目前NXP已经能够提供MEK(Multisensory Enablement Kit;多重感测器支援套件)让市场使用,最高可以一次支援八个摄影镜头,至于在镜头解析度方面,Ronald M. Martino并没有多做说明。



图6 : NXP安全连结事业单位i.MX应用处理器产品系列副总裁Ronald M. Martino
图6 : NXP安全连结事业单位i.MX应用处理器产品系列副总裁Ronald M. Martino

i.MX 8与先前的处理器相同,NXP也规划了一系列相关的产品线,不过,似乎是因为尚未进入量产时程,Ronald M. Martino不愿多谈太多的产品细节。话虽如此,Ronald M. Martino也描绘了i.MX 8处理器大致上的轮廓。


就处理器核心架构上,i.MX 8规划了:Cortex-A72双核搭配Cortex-A53四核、Cortex-A53四核、Cortex-A53双核,以及ARM先前最新推出的Cortex-A35四核与双核架构,所以够一次满足不同应用与性能上的需求,软体应用与开发上,也能无缝接轨。


值得注意的是,i.MX 8在安全方面作了相当大的努力,虽然采用了ARM的TrustZone机制,却也仅是整体安全机制的一部份。Ronald M. Martino进一步解释,NXP过去在安全与防盗机制上极具盛名,其解决方案获得各国政府信任,i.MX 8的安全机制是采用硬体核心各自独立隔离的作法,最多可以切割划分出十六个独立区域,当系统要透过云端进行软体更新时,其机制能针对更新的核心进行隔离,避免在更新时,让整个系统曝露在更新时的风险,进一步的说,能将软体更新时的风险降到最低。


不仅伺服器 网通领域也有斩获

一向是COMPUTEX常客的晶片设计大厂Marvell,今年也照往例参加了COMPUTEX,Marvell今年的产品展示重点,除了我们所熟知的SSD(固态硬碟)外,另外一个重点则是过去较少提到的网路基础建设。


Marvell连接储存基础建设事业单位产品行销助理副总裁Hanh Nguyen表示,Marvell所聚焦的市场,包含不同需求的资料中心、企业应用、中小型企业与居家就业等,而此次要发布的新产品,包含了嵌入式处理器ARMADA 7000/8000,以及交换器PRESTERA Aldrin与AlleyCAT3X等晶片方案。


Marvell连接储存基础建设事业单位产品行销总监Reza Eltejaein指出,新一代的ARMADA 7000/8000采用了ARM的Cortex-A72处理器核心,分别是四核与双核架构,软体皆可相容。就Marvell的观察,不论是居家或是企业应用,皆出现新的发展趋势,以企业应用为例,随着SDN(软体定义网路)与NFV(网路功能虚拟化)的兴起,在晶片端就必须要有所因应,同样的,在居家环境应用,Marvell也发现,有更多的装置需要被加以连结,尤其像是影音传输,必须透过连线技术传送至居家环境中的不同地点,所以在系统建置之初,其扩充能力就必须考虑进去。


同样的,Marvell连接储存基础建设事业单位产品副总监Yaron Zimerman也透露,企业交换器的发展已经朝向有线与无线的融合方向发展,与此同时,企业也十分看重私有云对于企业的重要性,就基础建设上,也朝向垂直整合的路线迈进。所以,PRESTERA Aldrin与AlleyCAT3X两大方案,主要是各自因应网路架构不同阶层的需求而生,前者针对企业核心与聚合阶层的交换器系统为主,后者则是锁定撷取层堆叠的交换器系统,当然,两者所能肩负的网路速度也有一定的差异。


ARM的64位元架构的推出已有不短的时间,技术的突破与推移,即便是最难攻破的HPC领域,也开始有所斩获。未来ARM与英特尔之间的战火,是否会在该领域再上演一次,后续值得观察。



图7 : 针对网路应用,Marvell推出一系列交换器的晶片方案,大体上与ARM的发展策略路径一致。
图7 : 针对网路应用,Marvell推出一系列交换器的晶片方案,大体上与ARM的发展策略路径一致。

据了解,新一代的ARMADA 7000/8000采用的是MoChi技术,类似于乐高的概念该技术的特色是能将不同的裸晶加以整合在同一封装上,除了采用先进制程的处理器核心外,Marvell也能将其他的I/O介面、控制器或是记忆体等,依据系统不同需求,来封装成不同的产品线,以客制化方式,动态因应市场需求。据Marvell现场人员谈到,Marvell的确有意在网路基础建设市场进一步取得更多的话语权,以拉开与竞争对手的距离,竞争对手的产品虽然也有相当完整,但考量到整合度与系统的电路设计,这种作法可以省去较多的成本,系统电路设计也可以更加容易。


由于SDN与NFV概念,必须需要大量的软体协作,以让服务供应商或是营运商能灵活调整其服务策略,对此,ARMADA 7000/8000是否能进一步满足这方面的需求,Reza Eltejaein谈到, ARMADA 7000/8000有搭载网路封包卸载专用的处理器单元,再加上SDN与NFV本就属于开源阵营的产物,Marvell在这方面一向也相当的积极,所以要对应这类应用并不是太大的问题。


结论

大体上,今年对于ARM阵营来说,应该是64位元架构在各大应用领域都有斩获的一年,就结果论来看,也是ARM的生态系统策略开始发酵所致,展望明年的COMPUTEX,我们也很期待ARM阵营带来更多的成果。


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