最近幾年,“顛覆”,、“極致”,、“革命性”等概念很容易的出現(xiàn)在科技廠商的發(fā)布會新聞中,。而iPhone12的發(fā)布現(xiàn)場,蒂姆庫克就用上了“新紀(jì)元”的字眼,,標(biāo)志著iPhone正式地步入了5G時代新紀(jì)元,。
但國內(nèi)消費(fèi)者對5G已經(jīng)是見怪不怪了,蘋果自嗨的劃時代產(chǎn)品因為沒有達(dá)到市場的預(yù)期,,當(dāng)日股價就跌去3800億個小目標(biāo),,后面就要靠銷量來證明蘋果自己有沒有跨入“新紀(jì)元”了。
相比較于關(guān)注度高的消費(fèi)電子領(lǐng)域,,本文要把重點(diǎn)放在大多數(shù)人不太熟悉的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè),,及其更上游的數(shù)據(jù)中心計算芯片上面。因為我們看到隨著云計算的大規(guī)模普及和AI計算的指數(shù)級增長,,數(shù)據(jù)中心被提到前所未有的重要位置,。
最近在參加一個有關(guān)數(shù)字通信產(chǎn)業(yè)的論壇上,,聽到一位中國信通院的專家的觀點(diǎn)是:數(shù)據(jù)中心,將成為和5G技術(shù)并肩,,下一個數(shù)字技術(shù)的制高點(diǎn),。類似的觀點(diǎn),我們也在英偉達(dá)線上2020年GPU技術(shù)大會,,從黃仁勛那里聽到:數(shù)據(jù)中心已成為全新的計算單元,。
黃仁勛之所以有這樣的底氣,就在于這次發(fā)布會上推出了一款全新處理器DPU,,以及圍繞該處理器的軟件生態(tài)架構(gòu)DOCA,。據(jù)英偉達(dá)的介紹,DPU可以和CPU,、GPU相結(jié)合,,構(gòu)成完全可編程的單一AI計算單元,實(shí)現(xiàn)前所未有的安全性和算力支持,。
那么,,DPU能否真正承擔(dān)起與CPU、GPU一樣的計算重要性,,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的一次巨大革新?其創(chuàng)新點(diǎn)到底在哪里?這些仍然是我們要去回顧和考察的問題,。
一、英偉達(dá)DPU的過“芯”之處
從英偉達(dá)在GTC的介紹上來說,,DPU(Data Processing Unit)處理器,,其實(shí)是一種SoC芯片,其中集成了ARM處理器核,、VLIW矢量計算引擎和智能網(wǎng)卡的功能,,主要應(yīng)用在分布式存儲、網(wǎng)絡(luò)計算和網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域,。
DPU的主要作用就在于替代了數(shù)據(jù)中心原本用來處理分布式存儲和網(wǎng)絡(luò)通信的CPU處理器資源,。在DPU之前,智能網(wǎng)卡(SmartNIC)正在網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議方面逐漸取代CPU,。而現(xiàn)在DPU的出現(xiàn),,相當(dāng)于是智能網(wǎng)卡的升級替代版本,一方面增強(qiáng)了智能網(wǎng)卡對網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理能力,,一方面又整合和加強(qiáng)了分布式存儲的處理能力,,從而在這兩個領(lǐng)域更好地替代CPU,從而釋放CPU的算力給到其他更多應(yīng)用,。
英偉達(dá)在DPU上的技術(shù)突破,,來自于去年收購以色列芯片制造公司Mellanox之后,在這家公司的硬件基礎(chǔ)上開發(fā)出BlueFeild系列的兩款DPU——英偉達(dá)BlueField-2 DPU與BlueField-2X DPU,。
據(jù)介紹,,BlueField-2 DPU具有英偉達(dá)Mellanox Connext-6 SmartNIC的所有特點(diǎn),,與8個64位的A72ARM處理器內(nèi)核一起,,實(shí)現(xiàn)可完全編程,,并能提供每秒200千兆比特的數(shù)據(jù)傳輸速率,從而加速關(guān)鍵數(shù)據(jù)中心的安全,、網(wǎng)絡(luò)和存儲任務(wù),。
最核心的一點(diǎn)是單個BlueField-2 DPU可以提供相當(dāng)于消耗125個CPU內(nèi)核所提供的數(shù)據(jù)中心服務(wù),從而有效釋放CPU內(nèi)核的算力資源,。
而BlueField-2X DPU則擁有包括BlueField-2 DPU的所有關(guān)鍵特性,,其特性能夠通過英偉達(dá)安培GPU的AI功能得以增強(qiáng)。而在英偉達(dá)的路線圖里,,未來的Bluefield-4 將會引入CUDA 和 NVIDIA AI,,極大加快網(wǎng)絡(luò)中計算機(jī)視覺應(yīng)用處理的速度。
另外一個值得注意的是英偉達(dá)提出配合DPU處理器的軟件開發(fā)工具包——DOCA(Data-Center-Infrastructure-On-A-Chip Architecture),。英偉達(dá)的專家將DOCA類比為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域的CUDA,,其意圖在于幫助開發(fā)人員在DPU加速的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施上構(gòu)建相應(yīng)的應(yīng)用程序,從而豐富DPU的應(yīng)用開發(fā)生態(tài),。
從以上介紹我們看出英偉達(dá)的兩個野心,,一個是DPU試圖再一次復(fù)制“GPU替代顯示加速卡成為通用顯示芯片的路徑”,再一個是DOCA試圖再一次復(fù)制“CUDA在GPU通用化過程中所起到的開創(chuàng)生態(tài)之功”,。
如果和不久前英偉達(dá)收購ARM的消息結(jié)合起來,,我們看到英偉達(dá)的一個重要考量,就是以ARM架構(gòu)的CPU為核心,,從服務(wù)器的應(yīng)用加速擴(kuò)展到服務(wù)器的全部應(yīng)用場景,,從而實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域的更大突破,目標(biāo)自然是劍指英特爾CPU為代表的X86服務(wù)器生態(tài),。
而在考察DPU挑戰(zhàn)CPU霸主地位的可能性之前,,我們可以簡單來了解下英偉達(dá)在數(shù)據(jù)中心的布局。
二,、英偉達(dá)的數(shù)據(jù)中心“野心”
在經(jīng)歷過游戲顯卡業(yè)務(wù)的增速放緩,,以及加密貨幣退潮后帶來的顯著業(yè)績下滑的影響之后,幾經(jīng)波折的英偉達(dá)終于堅定地將未來押注在了AI計算和數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)業(yè)布局上面,。
2017年,,英偉達(dá)的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)季度營收首次超過了5億美元,同比增長了109%,,這使得黃仁勛在一次大會上大力肯定了數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的價值,。
英偉達(dá)早在2008年,最初就是通過最早的Tesla GPU加速器和初級的CUDA編程環(huán)境來為數(shù)據(jù)中心進(jìn)行GPU計算,,試圖將更多的并行計算從CPU卸載到GPU上,。這成為英偉達(dá)GPU之后進(jìn)化之路的一條長期策略,。
此后隨著AI計算需求在數(shù)據(jù)中心當(dāng)中的爆發(fā)式增長,AI硬件正成為越來越多數(shù)據(jù)中心擴(kuò)容建設(shè)的關(guān)鍵所在,。當(dāng)超強(qiáng)AI算力成為數(shù)據(jù)中心的剛需,,英偉達(dá)GPU憑借強(qiáng)大的并行計算和浮點(diǎn)能力,突破了深度學(xué)習(xí)的算力瓶頸,,成為AI硬件的首選,。這一契機(jī)才使得英偉達(dá)能夠在數(shù)據(jù)中心的硬件版圖上站穩(wěn)腳跟,當(dāng)然,,英偉達(dá)的野心遠(yuǎn)不止于此,。
英偉達(dá)最主要的布局就在于2019年3月,花費(fèi)69億美元收購了以色列芯片公司Mellanox,,而這家公司所擅長的正是為服務(wù)器,、存儲和超融合基礎(chǔ)設(shè)施提供包括以太網(wǎng)交換機(jī)、芯片和InfiniBand智能互連解決方案在內(nèi)的大量的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品,。而英偉達(dá)的GPU與Mellanox的互連技術(shù)結(jié)合,,可以使得數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載將在整個計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲堆棧中得以優(yōu)化,,并能實(shí)現(xiàn)更高的性能,、更高的利用率和更低的運(yùn)營成本。
當(dāng)時,,黃仁勛把Mellanox的技術(shù)看作是公司的“X因素”,,也就是把數(shù)據(jù)中心改造成一個可以解決高性能計算要求的大型處理器架構(gòu)。而如今我們看到DPU的出現(xiàn),,已經(jīng)是具有這一架構(gòu)雛形的一種嘗試了,。
今年,英偉達(dá)花費(fèi)400億美金的天價從軟銀手中收購半導(dǎo)體設(shè)計公司ARM,,其意圖之一就是要把ARM架構(gòu)的CPU設(shè)計應(yīng)用到英偉達(dá)所要搭建的未來計算模式中,,主要布局的領(lǐng)域就有超算、自動駕駛和邊緣計算模式,。其中,,基于英偉達(dá)GPU的AI運(yùn)算平臺與ARM的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合,將不僅能夠強(qiáng)化英偉達(dá)高性能運(yùn)算(HPC)技術(shù)能力,,又可以帶動英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營收持續(xù)創(chuàng)高,。
可以說,英偉達(dá)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的成功與否,,都與能否實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的規(guī)?;\(yùn)算有關(guān),從發(fā)展自研的DGX系列服務(wù)器到整合Mellanox的技術(shù),,再到借助ARM生態(tài)發(fā)展全新的數(shù)據(jù)中心計算架構(gòu),,都是為轉(zhuǎn)型數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)所作的準(zhǔn)備,。
當(dāng)然,想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),,還要看下英特爾是否答應(yīng)了,。
三、英偉達(dá)挑戰(zhàn)英特爾,,距離還有多遠(yuǎn)
目前來說,,數(shù)據(jù)中心當(dāng)中,,95%左右的GPU仍然還是連接到x86 的CPU之上,,英偉達(dá)如果單純只是做GPU的增量,仍然無法撼動英特爾在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的霸主地位?,F(xiàn)在,,英偉達(dá)顯然已經(jīng)不滿足于抓住增量市場,而是更希望能切入數(shù)據(jù)中心的存量市場,,即設(shè)法用自己的芯片產(chǎn)品去取代英特爾(以及AMD)主導(dǎo)的X86 CPU,。
自從英偉達(dá)開始收購ARM,外界能夠看到英偉達(dá)已經(jīng)多次顯示出其試圖利用ARM處理器進(jìn)一步占領(lǐng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器市場的決心,,而集成了ARM核心的DPU將成為其打入數(shù)據(jù)中心存量市場取代X86 CPU的第一個切入點(diǎn),。
英偉達(dá)推出DPU來切入這個市場,而非直接用ARM核心CPU來與X86 CPU直接競爭,,其實(shí)是一種比較討巧的做法,,相當(dāng)于用集成了網(wǎng)絡(luò)、存儲,、安全等任務(wù)的下一代CPU產(chǎn)品來達(dá)到逐漸替換CPU的目的,,即使其中所內(nèi)涵的ARM CPU性能無法對標(biāo)同一代的X86 CPU,但是整體機(jī)由于在DPU SoC上集成了專用的處理加速模塊,,因此總體性能一定是超過X86 CPU的,。這種有點(diǎn)“田忌賽馬”味道的策略,很可能成為英偉達(dá)開始替代低端X86 CPU的開始,。
但是英偉達(dá)想要在中高端處理器市場來挑戰(zhàn)英特爾,,還要面臨一系列的困難。
首先,,正是英偉達(dá)的GPU與X86 CPU已經(jīng)形成一種非常穩(wěn)定的強(qiáng)互補(bǔ)關(guān)系,。英偉達(dá)想要采用基于ARM架構(gòu)的處理器做高端服務(wù)器,還需要ARM處理器性能出現(xiàn)大幅的提升,,而現(xiàn)在,,這一進(jìn)程并不明朗。
再一個是英特爾早已為應(yīng)對英偉達(dá)的種種挑戰(zhàn)進(jìn)行了相應(yīng)的回應(yīng)和布局,。早在2017年,,英特爾就宣布要開發(fā)全棧的GPU產(chǎn)品組合,,而預(yù)計明年英特爾的首批GPU將在使用GPU的各個市場上發(fā)布。
為阻擊英偉達(dá)在AI計算和自動駕駛領(lǐng)域的擴(kuò)張,,英特爾也先后收購了收購了Nervana和Movidius作為邊緣AI計算的布局,,收購了Mobileye作為自動駕駛的布局。并且,,英特爾還在2018年宣布,,將開發(fā)一個用于異構(gòu)計算的全棧開放軟件生態(tài)系統(tǒng)OpenAPI計劃,來應(yīng)對CUDA生態(tài)的擴(kuò)張,。也就是說,,英特爾不僅在英偉達(dá)的后院搞事情,同時也在建立自身的X86服務(wù)器的生態(tài)系統(tǒng),。
數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)對于英特爾來說,,也正在成為其最核心的業(yè)務(wù)組成。2019年Q4英特爾的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)超越PC業(yè)務(wù),,成為其收入的主要來源;而在今年,,英特爾對其技術(shù)組織和執(zhí)行團(tuán)隊的重組,也被外界視為全面轉(zhuǎn)型數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的開始,。
可以想見在未來的數(shù)據(jù)中心處理器業(yè)務(wù)上,,英偉達(dá)將迎來英特爾最為強(qiáng)勁的保衛(wèi)戰(zhàn)和反擊戰(zhàn),而廣大的服務(wù)器集成商或?qū)⒊蔀檫@場角力賽的受益方,。
螳螂捕蟬,,黃雀在后,英偉達(dá)還要面對ADM這一新對手的追趕,。不久前ADM曝出要花費(fèi)300億美金收購賽靈思,,就被看作是叫板英特爾,阻擊英偉達(dá)的雙戰(zhàn)略,。
除此之外,,英偉達(dá)還要在數(shù)據(jù)中心處理器業(yè)務(wù)中面臨來自客戶自研芯片的挑戰(zhàn)。云服務(wù)商本身也不愿意完全將自身的計算核心完全交給英偉達(dá),,無論是AWS,、還是谷歌、阿里巴巴,、華為,,都已經(jīng)在布局自己的云端處理器。
不管怎么說,,數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為英特爾,、英偉達(dá)、AMD這些老牌芯片巨頭未來爭奪的主戰(zhàn)場,而英偉達(dá)如何能夠在X86的如日中天和云計算客戶的自研路線中,,找到一個切入到中高端服務(wù)器處理器的關(guān)鍵點(diǎn),,剛剛發(fā)布的DPU也只能算作一個初步的嘗試。
未來數(shù)據(jù)中心的博弈,,將圍繞AI,、超算等所有領(lǐng)域全面展開,英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心在強(qiáng)敵夾擊中必定任重而道遠(yuǎn),。