说完了个性鲜明的消费类电子,接下来聊一聊通用的“巨无霸”型 CPU——服务器 CPU。
服务器 CPU,顾名思义,就是在服务器上使用的 CPU。
众所周知,服务器是网络中的重要设备,要接受少至几人、几十人,或者多至成千上万人的访问,因此,对服务器具有大数据量的快速吞吐、超强的稳定性、长时间运行等严格要求。作为计算机“大脑”的 CPU,是衡量服务器性能的首要指标。
关于服务器的 CPU 类型的区分,早期延续了指令系统的方法,通常分为 CISC 型 CPU 和 RISC 型 CPU 两类,后来又出现了一种 64 位的 VLIW(Very Long Instruction Word 超长指令集架构)指令系统的 CPU。
目前,在中高档服务器中采用 RISC 指令的 CPU 主要有以下几类:
(1)PowerPC 处理器;
(2)SPARC 处理器;
(3)PA-RISC 处理器;
(4)MIPS 处理器;
(5)Alpha 处理器;
关于 CISC 和 RISC 的定义及区分,详见前文,这里只对 CISC 和 VLIW,做一下对比,见下表。
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CISC |
VLIW |
定义 |
基于 PC 机体系结构,一般都是 32 位的结构 IA-32(IA: Intel Architecture,Intel 架构) |
超长指令集架构,采用了先进的 EPIC(清晰并行指令)设计,称为 IA-64 架构(包括 Intel 研发的安腾处理器) |
主要厂商 |
Intel 的服务器 CPU AMD 的服务器 CPU |
Intel 的 IA-64 AMD 的 x86-64 |
优点 |
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缺点 |
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关于 IA-64 的兼容问题,Intel 也是煞费苦心。初期 Intel 为了 IA-64 处理器能够更好地运行两个朝代的软件,它在 IA-64 处理器上(Itanium、Itanium2 ……)引入了 x86-to-IA-64 的解码器,这样就能够把 x86 指令翻译为 IA-64 指令。这个解码器并不是最有效率的解码器,也不是运行 x86 代码的最好途径(最好的途径是直接在 x86 处理器上运行 x86 代码),因此 Itanium 和 Itanium2 在运行 x86 应用程序时候的性能非常糟糕。这也成为 X86-64 产生的根本原因。
最后值得注意的一点,虽然 CPU 是决定服务器性能最重要的因素之一,但是如果没有其他配件的支持和配合,CPU 也不能发挥出它应有的性能。
那么问题来了,同为 CPU,服务的 CPU 和普通的 CPU 有哪些不同呢?
1. 服务器 CPU 与普通 CPU 的 PK
没有对比就没有伤害,请看下面的实例:
一台普通的 P4 3.0 和一台 DELL 服务器的 3.0 内存都是 2G,主频相同、内存相同,它们的差异在哪里?
答案是整体性能的表现不同,因为服务器 CPU 设计要求与前者不同,相关要求及参数如下表:
服务器 CPU 与普通 CPU 的设计要求对比表
参数 |
服务器CPU |
普通CPU |
运行时间 |
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多路级联 |
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RAID 功能 |
服务器具有 RAID 功能,支持盘阵 |
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其他 |
运用大量的先进技术,价格贵 |
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上表只是设计的理念上的不同,那么二者在现实中的差异如何呢?
根据应用的不同,两者的差别很大,关于这一点,有一个形象的比喻:PC 就相当于什么都会的门诊医生,但是医术不是那么精湛,而服务器就应该是某个方面的专家了,处理能力越出众,它“专”的就越厉害。
关于这个“专”字的理解,可以从硬件和软件两方面来看。
首先从硬件上看,详细的数据如下:
服务器 CPU 与普通 CPU 的硬件参数对比表
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普通 PC |
服务器 |
CPU 指令集 |
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内存 |
满足要求即可 |
服务器上的原则也上越快越大越好,不过它对纠错和稳定提出了更高的要求 |
缓存 |
近几年才用上了缓存技术。 |
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硬盘 |
满足要求即可 |
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显卡 |
用户根据要求,自己选择,如:游戏机需要高配置的显卡。 |
通常没有显卡卡槽,自带的核心显卡即可满足需求 |
总线 |
带宽低 |
带宽高 |
其他接口 |
通常为 Socket 775 |
大多为 Socket 771、Socket 775、LGA 2011、LGA 1150 |
CPU 价格 |
通常几百元到几千元,主流产品价格基本在千元左右 |
一般服务器 CPU 价格都在千元以上,高端服务器 CPU 都是在万元以上,甚至几十万 |
接下来说说软件,软件就主要指操作系统,比如熟悉的 NT,2000 SERVER,2003 SERVER,LINUX,SOLRAIS 和 UNIX 等等,都是专门针对服务器设计的。
不过,CPU 的性能主要靠主板和内存才能完全发挥出来,因此服务器 CPU 与普通 CPU 不要混用,这是由于先天性的设计特点,很多家用电脑的主板是不适合服务器 CPU 使用的,即使可以用,很多时候也无法保证发挥出其性能优势。毕竟尺有所短寸有所长,两者定位与设计不同。
2. AMD、Intel 和 ARM 在微服务器市场的厮杀
目前,全球领先的微服务器 CPU 生产厂商有三大巨头,分别是 AMD、Intel 和 ARM,它们各自在服务器处理器领域的突出贡献,那么到底谁称得上是这个行业的第一呢?
看到这里,读者也许会提出疑问:关于服务器的 CPU,为什么不提 IBM 呢?
这里不回答,看看前文就知道了。
(1)三大巨头的技术 PK 之路
下面,摆事实,列数据,请看上述三大巨头在服务器方面的发展简历:
芯片厂商在服务器 CPU 方面的技术发展历程
时间 |
技术 |
厂商 |
2006 年 |
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Intel |
2007 年 |
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AMD |
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Intel |
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2009 年 |
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AMD |
2010 年 |
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Intel |
2010 年 |
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Intel |
2011 年 |
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AMD |
2012 年 |
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ARM |
从以上的服务器 CPU 发展历程,可以清晰的看到,长期以来,服务器处理器领域都是 Intel 和 AMD 二分天下,从普通的 PC 机到服务器,他们一直是“最佳”竞争对手。但随着服务器的不断发展,低功耗,高性能的微服务器逐渐成为新的发展方向,作为后起之秀的 ARM 服务器处理器,大有后来者居上的趋势。ARM 架构相比 Intel 的 X86 架构也有其优势,那就是功耗相比后者要低的多,而能耗正成为数据中心的一大成本,低功耗的特点让 ARM 架构在数据中心中具有很强的竞争优势。
不过 Intel 和 AMD 都在向微处理器领域发展。
早在 2012 年底,Intel 发布了最新的 Atom S 系列的服务器芯片,此次发布的 Atom S1200 处理器中,功耗最低只有 6W。Intel 表示,采用该芯片,设备制造商可设计出高密度、低功耗的微型服务器产品,应用在网站代管、内容服务,或是网站前端服务器上,或是应用在需要大量部署服务器,需要高密度服务器节点、降低耗电量的数据中心。
2013 年 9 月,Intel 推出低功耗 Atom 服务器芯片——代号“Avoton”,作为 Atom C2000 产品家族中的一员,Avoton 芯片将主要应用于高密度服务器。而作为第一代 Atom S1200 代号“Centerton”服务器芯片的后续产品,相比此前的架构有了重大的改进。
此后,各大厂商纷纷应对,向 Intel 的低功耗服务器 CPU 发起挑战,最“激动”的莫过于老对手 AMD。2016 年 1 月,AMD 新的 Seattle 服务器芯片开始出货,它是该公司的第一款 ARM 架构处理器, AMD 希望用 ARM 架构服务器处理器挑战 Intel 的统治地位。
(2)三大 CPU 厂商的优势对比
如今在处理器市场,三家可谓都如坐针毡,一个是想进入企业级领域的新兴 ARM,另两个是一直的统治者,三者之间的关系错综复杂,但是他们的竞争是不可避免的,但有竞争就有失败,下面分三个方面来看一下各自的优缺点。
硬件支持
硬件支持是一个处理器成功非常重要的条件,英特尔和 AMD 在企业级处理器方面有很多合作伙伴,而 ARM 虽然发展势头正猛,但是其在企业级领域方面并没有经验,其缺少与 OEM 厂商或 ODM 厂商,但其在去年拉拢了 AMD 也许对 ARM 会有所帮助。
软件支持
软件对处理器同样非常重要,这方面跟硬件方面的情况差不多,ARM 在软件方面支持缺少相应的厂商,其支持者主要是开源方面的一些厂商,但是英特尔和 AMD 在这方面已经非常完善。
经验
ARM 在处理器市场也有着非常多的经验,而且其特殊的商业模式让其在市场上的合作伙伴非常多,但是在面对市场竞争方面,显然英特尔更有经验,而且英特尔可以说屡战屡胜。AMD 则要稍逊。
3. 国产 CPU 当自强
在低功耗 CPU 处理器方面,中国也不甘示弱,取得了令世界瞩目的成绩。
2016 年 6 月,华为采用自主架构的 ARM 架构服务器芯片已经研发成功,被命名为 TAISHAN ARM 服务器芯片,这意味着其在服务器芯片市场终于要大干一场。
2016 年 8 月 23 日,由中国天津飞腾信息技术有限公司设计的一款代号为 FT-2000/64 的 64 核中央处理器及其服务器样机,在硅谷举行的一场国际研讨会上首次公开亮相,连续 3 天的展示吸引了国际同行关注。
FT-2000/64 处理器采用“进阶精简指令集机器”(ARM)架构,兼容 64 位指令集,集成 64 个飞腾公司自主设计的处理器核心,核心频率 2.0 千兆赫兹,浮点运算的峰值速度为每秒 5120 亿次。
FT2000,它最早亮相于 2015 年的 HotChips 大会,代号“火星”,定位于高性能服务器、行业业务主机等。火星处理器采用 28 纳米生产工艺,主频为 1.5GHz~2.0GHz,功耗 100W~120W。
FT2000 之所以引人注目还因为在性能方面,其公布的 Spec 2006 测试中,成绩为整数 672,浮点 585,足以和 Xeon E5-2699v3 相媲美,这也是国产服务器芯片第一次在性能上追平 Intel。
又是一场关于 CPU 的混战,那么服务器类 CPU 将来的发展如何?谁将成为服务器 CPU 的霸主?一切交给时间吧。