Впервые открыто и широко о продвижении архитектуры ARM в серверном сегменте руководство британской компании заявило ещё в апреле 2010 г. Предполагалось, что с 2014 г. серверные процессоры на ядрах ARM начнут понемногу теснить x86-совместимые Intel Xeon и AMD Opteron. Однако реальность внесла свои коррективы. На дворе конец 2017 г., а серверные платформы на ARM рассматриваются скорее в качестве пробного шара, а не в виде полноценного коммерческого продукта. Но даже в таком состоянии этот рынок переживает процессы, свойственные зрелым рынкам — банкротства, продажи и слияния компаний.

К примеру, в 2012 г. обанкротилась Calxeda, являвшаяся пионером ARM-чипов для серверов. Эта компания ещё в 2011-м приступила к опытному выпуску чипов на архитектуре ARM Cortex-A9 с небольшим энергопотреблением, насчитывающих до 480 вычислительных ядер. Совсем недавно на рынке состоялась крупная сделка, но на этот раз она связана с приобретением: американский разработчик микрочипов Marvell Technology договорился о покупке примерно за 6 млрд. долл. полупроводникового производителя Cavium. Оба, в частности, занимаются выпуском ARM-чипов для серверов.

Marvell наверняка не прогадала с этим приобретением, поскольку производители серверов начали проявлять к ARM-чипам интерес по причине их энергоэффективности в крупных ЦОДах и суперкомпьютерах. В сравнении с первым поколением ThunderX новые чипы Cavium сделали громадный шаг вперёд: производительность в однопоточном режиме серьёзно выросла, подросли и тактовые частоты. Каждый процессор ThunderX2 может содержать до 54 ядер на базе оригинальной версии архитектуры ARMv8-A, поддерживающей внеочередное исполнение команд. Тактовая частота может достигать 3 ГГц, что находится вполне на уровне решений с архитектурой x86.

Неудивительно, что такие решения начали привлекать внимание не только производителей серверов, но и суперкомпьютеров. Как стало известно, продукт Cavium заинтересовал одну из национальных лабораторий министерства энергетики США — Аргоннскую национальную лабораторию. Она объявила, что планирует установку нового кластера производства Hewlett Packard Enterprise, а основой этого кластера станут именно процессоры ThunderX2. Кластер под названием Comanche Wave будет состоять из 32 узлов. В числе прочего его задачей будет оценка применимости ARM в сфере супервычислений и разработка соответствующего ПО, включая ARM-версию компилятора LLVM.

Аргоннская лаборатория активно поддерживает альтернативные процессорные архитектуры и славится своими разработками для платформ PowerPC и IBM Blue Gene/Q, так что выбор места установки нового кластера не вызывает удивления. Интересно отметить, что Cavium, по сути, смогла перехватить кусок пирога буквально под носом у Intel, которой не удалось заключить контракт на установку суперкомпьютера Aurora на базе процессоров Xeon Phi Knights Hill. Повторную попытку с x86-процессорами Intel сможет предпринять лишь в 2021 г.

Нужно заметить, что широкому внедрению ARM-чипов в серверах мешает относительно слабая программная поддержка, но ситуация начала меняться в лучшую сторону. Microsoft разработала версию операционной системы Windows Server, предназначенную для ARM-серверов. Это существенно расширит перечень совместимого ПО. Следующим шагом противников Intel станет переход на выпуск однокристальных сборок с использованием более тонкого техпроцесса. Так, Applied Micro начала выпуск 16-нм FinFET SoC X-Gene 3. В соответствии с отчетом Linley Group новая платформа обеспечит сопоставимую с новейшими процессорами Intel Xeon производительность за значительно меньшую цену.

Главный аналитик Linley Group и главный редактор Microprocessor Report Линли Гвенапп полагает, что новый X-Gene будет справляться с рабочими нагрузками в облачных вычислениях, как и с некоторыми приложениями для высокопроизводительных вычислений, так же хорошо или даже лучше, чем Xeon. Высокая производительность X-Gene 3 — результат относительно высокой тактовой частоты и пропускной способности памяти. Процессор построен на 32 ядрах с базовой частотой 3,0 ГГц и может достигать 3,3 ГГц в турборежиме.

Следует сказать, что, несмотря на декларируемое преимущество ARM-процессоров над Intel Xeon, поставки серверных SOC на ARM всё ещё исчисляются тысячами штук, тогда как Intel поставляет на рынок миллионы процессоров Xeon. Но, как говорится, вода камень точит. Сегодня у Cavium примерно 40 клиентов по ThunderX, а интерес к ThunderX2 проявили уже 54 разработчика серверных платформ. Если решения на базе x86, как правило, требуют дополнительной и порой весьма непростой логики для поддержки дисковых подсистем и сетевых соединений, то ThunderX2 в такой логике не нуждается: он не только имеет встроенный контроллер PCI Express 3.0 (16 линий на процессор), чем в наши дни никого не удивишь, но также располагает интегрированными контроллерами SATA (до 24 устройств на платформу) и несколькими сетевыми контроллерами Ethernet с поддержкой скоростей 10, 25, 40, 50 и 100 Гбит/с.

Последнее существенно облегчает задачу построения кластерных систем на базе новых процессоров Cavium. Применение продвинутого 14-нм техпроцесса класса FinFET ставит ThunderX2 в один ряд с новейшими разработками Intel и AMD, а компания-разработчик уже планирует выпуск ThunderX3, которые получат поддержку новейшей шины PCI Express 4.0 и протокола NVMe. Кроме того, недавно Microsoft продемонстрировала свою работу с Cavium и Qualcomm над созданием серверов на основе ARM для её собственных ЦОДов. Идея заключается в том, чтобы частично развернуть их на территории компаний, а частично — в облаке Azure. Если гамбит Microsoft окажется выгодным, то серверы ARM из эксперимента превратятся в массовые устройства. Тому все больше свидетельств. Так, в ноябре к поставкам серверных ARM-процессоров Centriq 2400 приступила Qualcomm. Её чипы стали первыми в мире серверными процессорами, построенными на 10-нм техпроцессе. Они рассчитаны на применение в ЦОДах.

В настоящее время около 90% мирового рынка серверных процессоров контролирует Intel. Второе место занимает AMD с долей около 3%. Она также использует x86. Заказчики долгое время обращаются к игрокам серверного рынка с просьбой найти альтернативы x86-процессорам, которые бы обладали меньшим энергопотреблением. Мег Уитман, глава крупнейшего производителя серверов HPE, в свое время заявила, что энергопотребление дата-центров не может расти бесконечно, поэтому необходимо придумать нечто новое.

Этим новым стала линейка серверов Moonshot. Первые модели были предложены с процессорами Intel Atom. Затем линейку пополнили устройства с чипами на архитектуре ARM. Компания стала первым на рынке массовым производителем ARM-серверов, то есть не изготавливаемых исключительно под заказ, как это было до этого. В серверах HPЕ применяются ARM-процессоры X-Gen компании AppliedMicro и Cavium. Запуск серийных поставок серверов на базе ARM занял больше времени, чем рассчитывалось изначально. Отчасти это было связано с отсутствием поддержки 64-разрядных данных.

Среди производителей серверных чипов конкуренцию Intel по большому счету может составить только Qualcomm, поскольку у этой компании есть сопоставимые средства для проведения исследований. По словам Ананда Чандрасекера, бывшего топ-менеджера Intel, который сейчас возглавляет серверное подразделение Qualcomm, на то, чтобы догнать Intel на рынке серверов, уйдет несколько лет. Ключевую роль в этом должно сыграть использование архитектуры ARM. Занимательный факт: с октября 2013 г. Intel также обладает лицензией на производство ARM-чипов. Компании пришли к договорённости, что Intel построит 4-ядерный 64-разрядный ARM Cortex-A53. Следует также упомянуть, что AMD заявила о своих планах выпустить сервер на базе ARM ещё в 2012 г. В январе 2014 г. она представила первые образцы линейки серверных процессоров AMD Opteron A1100 Series «Seattle».

ARM активно сотрудничает с различными разработчиками микропроцессоров, помогая им создавать интегральные схемы с 8-16 64-разрядными ARMv8-A ядрами для серверов. Кроме того, компания работает и с создателями ПО, чтобы подготовить серверное ПО для своих архитектур. Она планирует, что процессоры на базе ARMv8-A в первую очередь найдут применение в веб- и облачных серверах, серверах для обработки больших данных, устройствах хранения данных и т. д. ARM говорит, что в настоящее время четыре учреждения тестируют возможности ARMv8 в области суперкомпьютерных вычислений, а ряд других — для иных, не менее сложных задач.

Версия для печати (без изображений)