云計算和邊緣計算這兩個詞是近幾年被電子行業(yè)提及頻次最高的詞，伴隨相關應用逐步融入社會各個領域，數據處理便成為了行業(yè)首當其沖的領域。

此前，騰訊宣布TARS微服務開發(fā)框架已成功移植至Arm CPU架構；百度在其數據中心采用了基于Arm架構的智能計算；亞馬遜AWS云在自己的云服務器上做了一個基于Arm架構的自研項目……

事實上，Arm架構服務器由于其高性能以及自身具備的低功耗素質，已成為數據中心基礎設施建設的焦點。

9月23日，Arm宣布Neoverse新增Arm Neoverse V1平臺以及第二代的N系列平臺Neoverse N2，兩款新品使得Neoverse再度進階，而新產品直指的目標則是超級計算機和數據中心。21ic中國電子網記者受邀參加此次新品發(fā)布的在線研討會，揭秘Neoverse處理器IP背后的發(fā)展。

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翻倍，性能沖刺之路

首先，Arm新發(fā)布的這兩款Neoverse平臺究竟有多強？直接上數據。通過Arm給出的數據，相比去年推出的Neoverse N1，代號為“Zeus”的Neoverse V1比N1單線程性能提升50%，代號為“Perseus”的Neoverse N2在相同水平的功率和面積之下比N1單線程性能提升40%。

另外，會議上，Neoverse平臺的最新路線圖也一并被披露，圖示顯示Neoverse目前處于制程節(jié)點7/5nm上，支持PCle Gen5、DDR5、HBM2e和CCIX 1.1；至2021年將全面進入5nm制程節(jié)點，支持HBM3、CCIX 2.0、CXL 2.0；至2022年將進入5/3nm制程節(jié)點，支持CCIX next和CXL next。

值得一提的是，會議上，Arm承諾后續(xù)的Neoverse產品在2022年以后，每年也都會有30%的性能提升。Arm基礎設施事業(yè)部高級副總裁兼總經理Chris Bergey表示，這與Arm工程團隊的努力和投入是分不開的，另一方面，能夠保持穩(wěn)定的性能提升與Arm自身軟件生態(tài)的逐漸成熟有很大關系，例如很多云原生的軟件現在可以比較無縫運行在Arm架構上面。

圖1：Arm Neoverse最新技術發(fā)展路線圖

在核心和線程上，以云工作負載為例，可以看出Neoverse V1在96核96線程下擁有極佳的處理能力，可以在核心數更少的情況下發(fā)揮更好的性能；Neoverse N2則可以多達128核128線程的設計，擁有極強的擴展性，并在同樣的擴展能力下擁有比N1更強的性能。

圖2：云工作負載使用內核數量

文行至此，可能大家并沒有感受到本次發(fā)布的Neoverse V1和N2的強大？那么從Neoverse從初版發(fā)布到現如今推出產品的歷史來看起。

Neoverse處理器IP首次亮相于2018年10月18日，同為Arm指令集的IP產品，不同于Cortex系列，Neoverse面向的是高性能計算市場。當時Neoverse平臺產品中代號“Cosmos”的產品是基于16nm工藝，A72、A75核心的產品。當時公布的路線圖中，Arm提出了每年每代產品的30%的單線程性能提升，每一代提升30%也是Arm的“老傳統(tǒng)”。

圖3：2018年Arm公布的Neoverse發(fā)展路線圖

但時間推移到下一代產品發(fā)布時間2019年2月21日，Neoverse N1和E1平臺被公布出來后，一切預測都被推翻了。屬于7nm工藝時代的Neoverse N1相比A72的“Cosmos”單線程性能提升了60%，超出預計整整一倍，關鍵云端負載性能則提升了高達2.5倍。Neoverse E1作為低功耗和低面積的代表，也擁有不俗的實力，與Arm前幾代方案相比，吞吐量性能提升超過2.7倍，吞吐效率提升超2.4倍，計算性能提升超2倍。

圖4：2019年Arm公布的Neoverse發(fā)展路線圖

上文有提到，V1比N1單線程性能提升50%，N2比N1單線程性能提升40%，而這一切的基礎都是在N1超出前一代60%的基礎上完成的。換言之，也就是說V1比“Cosmos”單線程性能出140%，N2比“Cosmos”單線程性能高出124%，超額兩倍完成了2018的初版路線規(guī)劃。

02

定位，面向不同市場

Neoverse平臺系列幾經周折，現如今形成了三個定位，這種定位也與現今數據中心市場相符合。另一方面，也與Arm的Cortex的最新定位相呼應，即無視面積和功耗、純粹注重高性能的Cortex-X1、PPA（功率、性能、面積）最大化的Cortex-A78。

1、V系列：追求終極性能的系列產品，性能優(yōu)先于面積和功耗。擁有最高的帶寬和性能表現，以及最大的Buffers（緩沖區(qū)）、Caches（緩存）、Windows（窗口）和Queues（隊列），隨之而來的是最大的面積和功耗。

2、N系列：滿足橫向擴展性能需求的系列產品，最大化PPA，即在性能、功耗和面積上保持平衡。擁有更強的擴展性，更加平衡的性能，同樣面積或TDP下更多的核心數。因為支持更多的線程，因此在橫跨云、智能網卡（SmartNICs）、企業(yè)網絡、邊緣設備上都擁有非常廣闊的應用的場景。

3、E系列：低功耗小面積系列產品，面積和功耗優(yōu)先于性能。擁有更好的效率、吞吐量和線程數，當然最重要的是在面積和功耗上擁有最好的優(yōu)化。另外，E1還支持同步多線程(SMT)技術，能夠提供網絡效果優(yōu)化。

圖5：三個系列不同的定位

市場方面，Chris Bergey告訴記者，V系列、N系列、E系列會根據合作伙伴和客戶對于功耗、性能和面積上不同需求進行配置，假若客戶更看重線程，N系列便是首先，假若客戶需要高性能計算工作負載，V系列就能提供更大的價值。

值得一提的是，Neoverse V1和N2均支持可伸縮矢量擴展（Scalable Vector Extensions, SVE），而SVE則可基于未知寬度向量單元的軟件編程模型，執(zhí)行單指令流多數據流（SIMD）整數、bfloat16、浮點指令。另外，SVE還可確保軟件編碼的可移植性與使用壽命，同時兼顧高效的執(zhí)行。

利用SVE，半導體廠商可以對SVE電壓和頻率過渡實施控制，開發(fā)者可以在窄矢量和寬矢量之間隨意混合代碼。

SiPearl公司營銷副總裁Craig Prunty表示：“Neoverse路線圖上的SVE為HPC和ML帶來了巨大的潛力，我們非常看好這項技術對未來Arm生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展?！?

03

生態(tài)，軟硬件鑰匙

在硬件生態(tài)方面，支持重要的兩個技術便是CCIX（針對加速器的緩存一致性互聯）和CXL（開放互聯技術）。CCIX主要用于跨芯片間互連，用于打造異構封裝系統(tǒng)，支持完整緩存一致性；CXL則是基于PCle 5.0的規(guī)范，可讓CPU與GPU、FPGA等加速器更好地連接，帶來更好地帶寬和內存一致性，簡化硬件設計難度，降低系統(tǒng)成本。

當然，異構計算已逐漸成為現在數據發(fā)展的重要“根據地”，事實上，這也是生態(tài)中的一環(huán)。數據中心無論是存儲還是數據加速，整體趨勢是分布式的，這便對性能和功耗提出嚴苛的要求。Chris Bergey表示，Arm已看到很多異構計算的產品與方案目前都開始基于Arm的架構，例如存儲控制器、智能網卡中用到的計算CPU。

在異構計算方面，對于Arm來說，如何提供緊耦合或是定制化的能力，甚至是通過多核封裝或多芯片組裝技術，將來自生態(tài)系統(tǒng)、IP技術與云廠商的需求與技術整合在一起，是很大的機遇。不論是基于FPGA、GPU、TPU單元的加速器，數據的移動是必不可少的，Arm架構的可擴展性便是優(yōu)異的解決方案。

圖6：CCIX和CXL領導智能未來

在軟件生態(tài)方面，Chris Bergey為記者介紹，Arm將軟件分為兩種類型，一是云原生的軟件，二是傳統(tǒng)的企業(yè)級軟件。云原生軟件是Arm一直以來重視的領域，在這個領域Arm現在是擁有最大的持續(xù)集成/持續(xù)交付（CI / CD）平臺的一等公民，并在大多數編程語言的生態(tài)環(huán)境中，Arm都扮演著核心角色，同時Arm也看到云原生技術在邊緣計算領域變得越來越重要，在這一領域我們推出了Project Cassini項目。

此外，隨著V-RAN、O-RAN等項目的崛起，云原生軟件也將成為5G未來發(fā)展的一個重要組成部分。 另一方面，傳統(tǒng)企業(yè)軟件領域出現了“軟件即服務”（SaaS）的發(fā)展趨勢。面對這一趨勢，由于在Arm架構之上能夠創(chuàng)造非常有利的軟件即服務產品，因此很多獨立軟件開發(fā)商（ISV）都對Arm表現出濃厚的興趣，紛紛投入Arm陣營，在中國市場這一趨勢尤其顯著。

圖7：Arm支持的軟件生態(tài)

“Arm認為軟件生態(tài)系統(tǒng)，特別在基礎設施這個市場上，是非常重要的。” 根據Chris Bergey的介紹，現如今，Arm處理器核在性能方面的優(yōu)勢，不僅獲得了美國的大型互聯網公司的認可，在中國的大型互聯網公司以及廣大的軟件生態(tài)系統(tǒng)層面，也獲得了很多的進展。另外，Arm也很樂于與國內外廠商攜手，利用Neoverse N1和V1來幫助客戶交付相關項目。