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處理器陣營混沌不明 跨界發展持續擴大│CTIMES

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處理器陣營混沌不明 跨界發展持續擴大│CTIMES

(Source:英特爾)

【撰文/姚嘉洋

今年的處理器與核心IP供應商們,在Computex上並沒有提出令人耳目一新的處理器架構,但終端應用或是在功能面上,有了不少著墨,所以接下來要注意的,就是這些業者們在市場的成績表現了。

今年Computex的觀展重點之一,主要還是處理器陣營之間的較勁,過去x86陣營包含了英特爾、AMD與威盛等,ARM陣營自然不用多說,像是高通、聯發科與Marvell(威邁爾科技)等,都是Computex的重要常客。但隨著時間的推移,兩大陣營之間的攻防,也變得相當有意思,像是AMD與ARM之間的關係變得更為緊密、ARM陣營開始經營伺服器市場、英特爾成為物聯網標準競逐的業者之一,甚至英特爾在今年六月初併購了FPGA(可編程邏輯閘陣列)業者Altera,該公司旗下最新一代的產品線搭載了ARM的Cortex-A53處理器核心,這些現象都證明了兩大陣營之間的競爭變得更加混沌不明。

陣營跨界日益嚴重  處理器架構重要性被稀釋

今年的英特爾在處理器架構上並沒有提出新的產品藍圖或是新的架構,但特別強調了物聯網與無線充電市場,英特爾並不會缺席,而且英特爾也讓外界看到了相當完整的生態系統,投入的業者也在持續增加當中。然而,此次擔任e21論壇演講貴賓的英特爾資深副總裁暨用戶端運算事業群總經理Kirk Skaugen,在會後接受媒體時被問及與ARM之間的競爭關係時,他認為過去英特爾的確在某些市場沒有辦法與ARM直接競爭,但是隨著時間的推移,英特爾在處理器的成本與功耗降低很多,像是ATOM的X5與X7這兩款產品就極具成本效益,像是宏碁與華碩就在e21論壇上,祭出了搭載ATOM處理器的產品。 

至於在ARM陣營方面,相對就看到較多積極的動作,除了既有的物聯網布局之外,ARM在伺服器領域亦有具體的斬獲,與此同時,在伺服器市場的布局上,也已經有相當清楚的時程規劃。當然,ARM的野心並不止於此,ARM所推出的IFC(Intelligent Flexible Cloud)技術,已經將目光聚焦在SDN(軟體定義網路)與NFV(網路功能虛擬化)。但兩大陣營在今年Computex的同一現象,就是皆未發布新一代的處理器核心架構,反倒是積極跨足與經營更為多元的應用市場。

同是HSA 大廠各有盤算

過去這幾年,在ARM陣營的主要話題之一,莫過於眾家業者在HSA(Heterogeneous System Architecture;異質系統架構)上的努力,從ARM本身再到高通與AMD等業者,都將其視為市場競爭的重要利器。

高通:落實HSA精神  回歸自有設計架構

不過,在今年,高通並未強調此一技術的重要性。對此,高通技術公司市場行銷副總裁Tim McDonough直言,HSA對於高通來說,就如同喝水一樣的簡單,理由在於,高通自HSA基金會成立之初,就是創立的主要成員之一,高通也將這樣的精神放入旗下的應用處理器之中,尤其是Snapdragon 600與800系列更是如此。高通產品管理副總裁Seshu Madhavapeddy也補充說明談到,先前的Google I/O大會宣布Snapdragon 810將為Google下一代Project Tango智慧型手機平台所採用,就是最好的證明。

Tim McDonough進一步談到,異質運算的意義並不在於處理器核心的能力有多強大,而是在於內部各種核心的工作分配,像是諸多感測器的運算工作,交由Snapdragon 810內建的低功耗DSP(數位訊號處理器)即可,無需再交由獨立的感測器集線器(Sensor Hub)來負責。而他也強調,應用處理器的競爭,絕對不是單單增加處理器核心數量就好,若在不犧牲應用處理器的面積的前提下,增加處理器核心數量,勢必就會壓縮到其他功能處理器的空間,像是繪圖處理器或是DSP等都有可能是被犧牲的對象。Tim McDonough也認為,即便競爭對手同為HSA基金會成員之一,但是否真能實現HSA的精神也許還有待商榷。

圖1:高通技術公司市場行銷副總裁Tim McDonough(攝影:姚嘉洋)

但是高通並不會就這樣而有所自滿,若熟悉高通的應用處理器過去的發展脈絡,高通具備了客製化處理器核心的設計能力,換句話說就是能擁有自主架構的應用處理器業者,Tim McDonough表示,客製化核心的意義有兩個,一者是取得了ARM的處理器核心IP授權,其次是客製化之後,能獲得更高的效能與更低的功耗。他也坦言,下一代產品Snapdragon 820就會採用自行設計的核心架構。

就處理器IP供應商們而言,安全防護、HSA與伺服器市場,

可以說是今年被特別強調的重點,但可以看得出來,即便方向一致,

在作法與看法上,還是略有不同的地方。

HSA1.0標準現身 AMD強調記憶體資源有效分配

另外一家將HSA精神加以實踐的業者則是AMD,此次AMD在Computex所發布的兩大重點,一是第六代的A系列處理器,其次則是介紹新一代的繪圖處理器,內建HBM(High Bandwidth Memory)技術,以進一步提升其運算效能。儘管國外已經先行發布了第六代處理器的訊息,AMD執行長蘇姿丰博士仍然親臨Computex記者會現場,為新一代產品線站台,並闡述市場未來的發展為AMD所帶來的機會。 

AMD第六代A系列處理器,為過去大家所熟悉的APU架構,整合了四顆x86核心與12顆GPU(繪圖處理器)核心,x86核心為Excavator核心,GPU則用GCN核心架構。值得一提的是,該款處理器符合HSA 1.0版本。就AMD的角度而言,HSA的精神在於處理器內部的各種核心皆可以同時擷取到記憶體的資源,並妥善作到資源分配與資料傳遞的工作,進而讓處理器核心與繪圖處理器核心可以發揮更大的效能,AMD認為,傳統工作站所扮演的角色都非常的單一,像是高畫質影音、模擬分析與虛擬實境就會交由各自不同的工作站負責,但如果透過HSA,用同一台工作站就能同時實現這些功能。

圖2:採用HSA,一台工作站就能同時多工處理不同專業領域工作,提作系統效率與節省工作站數量。(Source:AMD) 

安全防護成重點  Imagination重返COMPUTEX戰場

除了HSA成了AMD主要的重點之外,另一個相當重要的觀察指標就是AMD的第六代APU搭載了ARM的安全防護核心TrustZone。根據AMD資料指出,該安全核心為Cortex-A5,也支援了Windows 10的TPM 2.0。AMD全球公關經理Peter Amos也表示,採用ARM的TrustZone架構的原因在於ARM在產業界一向都是採取開放心態,TrustZone在業界亦可以說是相當普遍的標準之一,至於未來是否會沿用到其他應用市場,Peter Amos指出,AMD所擁有的處理器IP十分豐富,關鍵還是在市場需求,AMD可以提供不同的IP組合來因應不同的市場需求。

而Imagination在併購了MIPS之後,在台灣就沒有太多公開的媒體活動,而此次為台灣媒體所帶來的,是因應物聯網所衍生出的安全防護需求,而提出的解決方案。儘管ARM在近期也十分強調物聯網的安全性設計,但Imagination所提出的作法則有別於傳統。

Imagination市場行銷執行副總裁Tony King-Smith便表示,傳統的作法是以CPU為安全核心,直接一分為二,彼此之間不會互相保護,一者就是在安全區,另一區塊就是在非安全區。他以機上盒為例,一台機上盒可能搭載了DSL/LTE連線功能、VOD(Video on Demand;隨選視訊)、智慧電錶與家庭成員的健康照護監測等,這些功能由於來自不同的供應商,就會受到不同等級的保護,所以如果按照傳統的二分法,就很難因應來自不同來源,以進行資料保護工作。 

圖3:從記憶體、處理器再到各種OS,都會需要虛擬化技術,Imagination打算以該技術強化系統安全防護等級。(Source:Imagination)

Tony King-Smith談到,Imagination提出OmniShield技術,它整合了軟硬體IP技術,最大的特色就是能將各種不同功能核心加以虛擬化,這種作法的好處在於,它能有效對應異質運算架構,同時應付多種不同安全防護區域與加速讓客戶能將產品推廣到市場。 

OmniShield技術將會擴及到Imagination旗下所有的處理器核心IP,包括PowerVR家族的繪圖處理器核心、處理器核心系列的MIPS以及連結專用的Ensigma核心等,而且是從低階到高階將會全系列支援。Tony King-Smith透露,只要是會分享到記憶體資源的處理器核心,每種處理器核心或是專用引擎都會需要虛擬化功能,像是視訊、通訊與DSP與專用的加密加速器,也會用到這類功能,只是時間早晚的問題而已。而客戶也不見得在每個核心上,都一定都要使用OmniShield技術,客戶可以選擇從處理器核心或是繪圖處理器核心開始漸進式的使用。

Tony King-Smith坦言,目前在行動裝置市場,的確競爭對手具有相當明顯的優勢,不過對手的確也有虛擬化技術,但僅限於高階領域,現階段Imagination也打算說服客戶來搶下一些市場份額,擴大自己的市佔率。現在也的確有客戶開始考慮採用OmniShield技術,只是礙於保密條款的關係,無法公布名單。唯一可以透露的,是一家位於以色列,專門提供LTE數據機晶片的半導體公司,名為Altair,已經確定採用該技術,並採用MIPS處理器核心。其他像是專攻車用與行動裝置的半導體晶片客戶,也開始採用虛擬化的繪圖處理器核心。

ARM進入電信網通領域   IFC隱然成形

ARM在今年的MWC 2015提出一個全新的概念,名為IFC(Intelligent Flexible Cloud),在該訊息發布之後,獲得了許多取得ARM 64位元架構的晶片業者的支持。在今年的Computex,ARM也向台灣媒體分享了對於IFC的想法與市場策略。相較於ARM過去十分強調提供多元化的處理器核心、系統IP與軟體等一系列的方案,IFC就顯得與眾不同,ARM嵌入式平台行銷副總裁Charlene Marini直言,它可以說是軟硬體IP的整合,為科技產業打造一個全新的模型以因應未來科技產業的發展需求。

Charlene Marini談到,ARM其實在網路通訊市場已經有相當多的合作伙伴,一同打造多元需求的網路設備。隨著市場的發展,即時傳遞訊息的重要性日增,像是火災發生之後的應變措施或是車聯網這類使用情境,都端賴整體網路基礎建設的協助。IFC的目標是希望所有的網路通訊裝置都具備這樣的功能,在同樣的IT標準之下,有效管理運算與網路資源。 

事實上,觀察諸多的網路裝置,不論大小,都具備了處理、網路傳輸與加速器等基本功能,只是因應環境需求的不同,所需要的功能排序也有差異,再加上性能、功耗與外型等需求的不同,在這樣的背景環境下,Charlene Marini不免俗地又提到異質運算,唯有透過異質運算的概念,才能靈活地因應不同網路設備的設計,確保整體網路環境能更有效率。當然,每個網路系統的功率也要有高效率的表現,這是基本前提。 

Charlene M4arini進一步透露,IFC是以SDN(軟體定義網路)、NFV(網路功能虛擬化)與離散式運算為基礎所蘊育出來的技術,隨著西元2020年的5G即將就位, ARM所參與的OPNFV(Open Platform NFV)聯盟,該組織所制定的ODP(Open Data Plane) 1.0規範,ARM就有協助制定。ODP 1.0主要是為了軟體開發者提供一致的API,在API層底下橫跨不同的晶片架構,從英特爾的x86、ARM的v7與v8、Imagination的MIPS核心與IBM的Power PC架構,全部都有涵蓋。透這種作法,應用服務或是軟體設計業者,只要聚焦在統一的API上,便能加速差異化設計,也能將所消耗的每瓦電力所產生的網路吞吐量達到最大化。 

圖4:ARM嵌入式平台行銷副總裁Charlene Marini(攝影:姚嘉洋) 

Charlene Marini也坦言,ARM不會介入5G標準的制定,站在ARM的角度,還是會依循ARM所擅長的作法,與目前既有的晶片與軟體合作伙伴來共同創造完善的生態系統為主。 

ARM耕耘伺服器生態系統  HPC領域成觀察重點

在伺服器市場方面,也是近年來ARM陣營所積極經營的市場,雖然陸續看到一些OEM或是系統業者陸續採用,但仍未看到ARM陣營撼動英特爾在伺服器市場的版圖。不過,伺服器市場的演變,已經朝向專業分工的方向邁進,而這也讓ARM陣營抓住了進攻機會。 

ARM伺服器行銷與業務開發部門資料中心架構設計師Darren Cepulis指出,ARM在晶片端有許多不同的合作伙伴,但ARM的立場是,他們一直致力於伺服器生態系統的發展,並提供統一的標準架構,讓OS業者們在導入時,整體系統是一致且沒有差異的,基於這樣的前提,便可以讓OEM與ODM業者可以依其需求的不同,提供差異化的系統方案。 

他也提到,ARM透過Linaro,正致力於經營HPC(High Performance Computing;高效能運算)與網路服務業者的生態系統,以後者為例,FB與阿里巴巴就是ARM在伺服器生態系統的一員,但在ARM在HPC領域雖然有具體進展,但目前還無法透露具體的細節。 

HPC與網路服務市場,這兩者在函式庫、平行運算、數學運算與科學運算等功能,都有完全不同的需求,而且需要不同的系統平台來支持,所以兩者的生態系統就產生了相當大的差異,但ARM不會因此而退縮,會持續投入其生態系統的發展。不過,ARM也向媒體公布了未來對於伺服器市場的長期策略,ARM先把重心放儲存與網路領域的發展,但像是HPC與NFV等,都列入了在2016年的發展重點,但ARM會與開源軟體領域合作,來一同建立HPC與NFV應用的發展。 

圖5:此次技嘉大舉採用ARM架構的處理器來設計伺服器系統,上圖為64位元架構,下圖則為32位元,專為資料儲存之用。(攝影:姚嘉洋) 

然而,針對HPC的發展,Marvell雲端基礎建設部門副總裁暨總經理Michael Zimmerman則稍有不同的看法。該公司可以說是ARM陣營的重要推手之一,不論是在伺服器或是行動運算市場,都居於一定的重要位置。而Marvell的所有處理器,清一色都是採用ARM架構,說是死忠支持者,亦不為過。

圖6:Marvell雲端基礎建設部門副總裁暨總經理Michael  Zimmerman (SourceMarvell

Michael Zimmerman認為,HPC對於英特爾來說也是相當重要的應用市場,儘管ARM在該市場有許多動作,但從市場競爭的角度考量,英特爾應會盡一切力量阻止ARM的步步進逼,ARM可能在短時間內無法攻下HPC市場。不過,Darren Cepulis也談到,ARM的確在強化HPC生態系統的完整性,就作法上會與軟體業者合作,盡可能拉近現有HPC產業的差距。 

32與64位元架構共存  64位元將成伺服器主流

儘管在HPC市場的看法上,Marvell與ARM之間有些不同之處,但Marvell身為ARM的主要客戶,在整體伺服器市場上,其實還有其他的想法。Marvell對於伺服器專用處理器的想法與英特爾的SDI(Software Define Infrastructure;軟體定義基礎建設)的概念頗為雷同,在作法上,Marvell採用的是FLC(Final Level Cache)技術與Mochi技術兩者搭配而成。所著眼的,就是要解決處理器與記憶體之間的訊號傳輸延遲問題,與此同時,也能一併因應系統功耗的挑戰。 

Michael Zimmerman認為,伺服器系統所需要的記憶體不論是功耗或是速度上,還是有相當大的改進空間,倘若一口氣採用最新製程的記憶體,就能省下不少系統面積,功耗也能下降,再搭配技術日漸成熟的SSD(固態硬碟),這種設計架構便能一口氣提升整體系統效能。處理器方面,由於是採用ARM架構,對於客戶而言,要整合多少核心並不是問題,只要採用適當的製程,一樣也能滿足伺服器系統的需求。Michael Zimmerman笑稱,雖然這種作法會減少主流記憶體的使用量,不過由於SSD的成本也具備了一定的成本效益在,整體來說的確可以實實在在地為伺服器系統設計帶來助益。 

至於ARM近年來對於64位元架構的汲汲營營,並積極打開伺服器市場,對此,Michael Zimmerman的看法則稍有不同。他開玩笑的說,到他退休前,32位元架構在伺服器市場還是有其價值,原因在於成本、效能等表現,其實可以滿足部份市場區隔的伺服器市場,如冷資料(Cool Data)儲存專用伺服器,用32位元架構便足以應付,便是最好的例子,原因在於這種系統無需十分高速的I/O,所以處理器的性能只要能剛好應付就好,採用64位元反倒有殺雞焉用牛刀的感覺。他也透露,近期Marvell便以32位元架構處理器贏得諸多國際網路服務業者們的青睞,這證明了ARM的32位元架構,在市場上仍有一定的需求。 

但他也同意,64位元處理器在伺服器市場還是有一定的重要性在,畢竟在軟體與生態系統都是以64位元為主,ARM朝此方向其實也是正確的,只是就Marvell的角度來看,32與64位元架構,在伺服器市場將會持續共存,至少,在Michael Zimmerman退休前,似乎是如此。

【全文刊載於《CTIMES雜誌20157月號】-- CTIMES粉絲團

 

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