市场双重变化!CPU与GPU、VCU之间的关系已不再单纯

一个 GPU 总需要一个 CPU,但 CPU 的选择已经不再单一,GPU 的功能也不再 简单 ,曾经稳固的关系,不再是单纯的合作。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

四月份,英伟达发布了采用 Arm 架构的首款数据中心 CPU Grace 引发广泛关注。本月,外媒 Tomshardware 报道,像 CPU 一样总需要一个 CPU 的谷歌自研视频编解码处理单元 Argos VCU,预计可以替换 3000-4000 万个英特尔 CPU。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

依赖 CPU 的 GPU 和 VCU 为什么会有替代 CPU 的势头?芯片巨头与互联网巨头间的竞合关系,是如何加深的?cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

CPU 市场的双重变化cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

回答 CPU 与其它依赖 CPU 处理器关系变化之前,不妨先了解 CPU 市场本身的变化。在很长一段时间,由于 CPU 的性能已经足够满足包括 PC 在内的各种应用需求,再加上内存和带宽成为 CPU 性能提升的瓶颈。CPU 王者英特尔在提升 CPU 性能动力不足,以及先进制程工艺进展不如预期的情况下,连续多代 CPU 性能提升幅度不大,被称作 挤牙膏 。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

英特尔在领先位置缓慢前进的几年间,AMD 凭借 Zen 架构的迅速迭代以及台积电先进制造工艺的加持,性能迅速接近甚至超越英特尔酷睿和至强 CPU 的性能。 AMD Yes 表达了消费者对于 AMD 产品迅速提升的认可。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

英特尔和 AMD 的 x86 CPU 是 PC 时代的标志,然而在性能提升陷入瓶颈,以及先进半导体制程提升难度越来越大的背景下,两家最具代表性的 CPU 公司表现相差甚远,并且开始在市场份额上有所体现。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

依旧有领先优势的英特尔感受到了老对手带来的竞争压力,因此无论是产品性能提升还是市场策略都更加积极。然而,英特尔在服务器 CPU 市场除了要面临同为 x86 阵营 AMD 的竞争,Arm 阵营的公司也来势汹汹。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

Ampere 董事长兼首席执行官 Renee James 说: 我们知道未来将与过去不同,因为软件环境变了,不再是关于 PC 和 PC 服务器的业务,而是围绕云和云边缘。现在,需要另一种不同的微处理器。 cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

Ampere 基于 Arm Neoverse N1 内核,推出了 80 核的 Altra CPU 和 128 核 Altra Max CPU,持续刷新服务器 CPU 核心数的纪录,突出与 x86 CPU 相比更高的核数以及在云原生市场的优势。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

同样是强调差异化优势,英伟达的 Grace 主要是面向数据密集型 HPC 和 AI 应用。英伟达首席执行官黄仁勋称基于 Grace 的系统与英伟达 GPU 紧密结合,性能将比目前最先进的 NVIDIA DGX 系统(在 x86 CPU 上运行)高出 10 倍。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

无论是 Ampere 还是英伟达,其差异化高性能 CPU 的基础都是 Arm。而 Arm 也在今年三月推出了面向未来十年的新一代架构 Armv9,Arm 希望将其架构在智能终端的成功扩展到高性能计算市场,包括边缘、云端及 5G 等。基于 Armv9 架构的 Neoverse N2 正是 Arm 向高性能市场拓展的关键产品。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

整体看来,已经在 PC 和服务器 CPU 市场大获成功的 x86 阵营正开始一场激烈的竞争。此时,面向云计算、AI 的 Arm 架构 CPU 迅速发展,要在新兴市场分一杯羹。未来,RISC-V CPU 会以怎样的方式参与到 CPU 市场的竞争,也让人充满期待。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

异构时代,定制 CPU 优势突显cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

CPU 市场发生双重变化的一个关键因素是市场需求,在市场的驱动下,CPU 的价值也更多体现在异构系统中。英伟达在今年四月发布 Grace CPU 的时候,也同时将其数据中心产品路线图升级为 GPU+CPU+DPU 的三类芯片,逐年飞跃,一个架构的策略。在这个新的策略中,GPU 和 DPU 性能的充分发挥依旧需要有 CPU 强大的性能,也就是说,CPU 计算和控制的基础和核心作用没有改变。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

变的是新兴应用对于算力的大幅快速增长,异构系统的性能是更重要的关注点。 目前市场上每年交付的 3000 万台数据中心服务器中,有 1/3 用于运行软件定义的数据中心堆栈,其负载的增长速度远远快于摩尔定律。除非我们找到加速的办法,否则用于运行应用的算力将会越来越少。 黄仁勋说, 新时代的计算机需要新的芯片、新的系统架构、新的网络、新的软件和工具。 cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

这也是英伟达推出 DPU,并且将 DPU 归入其数据中心产品路线图的原因。 现代超大规模云技术推动数据中心从基础上走向了新的架构,利用一种专门针对数据中心基础架构软件而设计的新型处理器,来卸载和加速由虚拟化、网络、存储、安全和其它云原生 AI 服务产生的巨大计算负荷。BlueField DPU 正是为此而生。 黄仁勋此前表示。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

CPU 与 GPU、VCU 的关系愈加 微妙 cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

异构组合才能更好满足未来市场的需求,这也已经是业界共识,从英特尔拥有 CPU+GPU+FPGA+AI 加速器的完整芯片组合,到英伟达宣布收购 Arm,再到 AMD 宣布收购赛灵思,芯片巨头们都希望通过不同类型的芯片组合满足云计算、AI 等计算更加密集应用的需求。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

在这种变化中,CPU 的选择也会更加多样。Computex 21 上,黄仁勋在回答提问时表示: 未来的世界非常多样,当然也会有不同的 CPU,包括 x86 架构和 Arm 架构,大型 CPU 和小型 CPU,面向边缘、数据中心、超算等 CPU,我们的策略是在我们服务的市场,选择最合适的 CPU,我们会继续支持 x86 CPU。 cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

面向特定的市场,并非所有 CPU 都合适。因此在不同的市场需要不同的 CPU,比如在笔记本电脑市场,英特尔的 x86 CPU 是不错的选择,在 DGX 系统中,AMD 的 CPU 表现非常好。在 5G 基站中,基于 Arm 的 Marvell CPU 是一个理想选择。在云计算市场,Ampere 的 CPU 性能出色。英伟达的 CPU 为的是解决 AI 推荐系统和自然语言理解这样大型 AI 模型的计算挑战。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

我相信未来既需要通用 CPU,也需要定制 CPU。支持 Arm 和 x86 对我们来说都是很好的战略。 黄仁勋表示。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

CPU 与 GPU、VCU 更加微妙的竞合关系cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

既有自研的 Arm CPU,也支持 x86 CPU,让英伟达与 CPU 巨头间的竞合关系中竞争的成分更高。在 PC 时代,芯片巨头间的竞争,是 CPU 公司或者 GPU 公司之间的竞争,CPU 与 GPU 公司以合作为主旋律。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

迈入 AI 时代,英伟达凭借其 GPU 硬件加上通用的软件,成为了 AI 芯片公司的代表,在 AI 市场成为了英特尔强大的竞争对手。面向市场空间巨大的云计算和 5G 市场,英伟达的 GPU 依旧离不开英特尔和 AMD 的 CPU,但同时英伟达会更加注重 Arm 架构 CPU 的开发,芯片巨头间的竞合关系进一步加深。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

这种关系变化更明显的转变在芯片巨头与互联网巨头之间。比如文章开头提到的谷歌 Argos VCU,多年来谷歌都使用英特尔 CPU 中的视频编解码引擎,但随着视频内容越来越多,以及分辨率越来越高,谷歌需要性能更强但是功耗和成本更低的芯片。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

定制的专用芯片性能往往会比通用芯片更强,通过自研核心功能加上集成第三方 IP,能在规模应用中实现优势。谷歌表示,与英特尔 Skylake 驱动的服务器系统相比,其基于 VCU 的设备在性能、TCO(总体拥有成本)、计算效率方面实现了 7 倍(H.264)和高达 33 倍(VP9)的提升。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

CPU、GPU 和配备 VCU 的系统离线双通道单输出 (SOT) 吞吐量cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

除了 VPU,谷歌也已经通过自研的 TPU 减少了购买 CPU 和 GPU。谷歌与芯片巨头们的关系,不再单纯是紧密的合作伙伴,在特定市场也成为了竞争对手。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

对于这种转变,英特尔公司副总裁兼中国区总经理王锐此前表示, 竞争对手可以在某一参数或者是在制程上缩短与我们的差距。但要打造整个架构,在计算和 AI 的各个方面都要能够赶超英特尔,不是那么容易的事情。 cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

这是芯片巨头应对技术、市场变化的自信和底气,当然,芯片巨头们也需要更多地考虑与自研芯片的互联网巨头们的关系。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

不要忽略,无论是芯片巨头们之间的竞争,还是芯片巨头与互联网巨头们之间关系的变化,本质上除了市场和应用变化的驱动,还有成熟的芯片产业链,包括成熟的设计工具、IP、代工厂和封装,很大程度降低了 GPU 公司设计 CPU,以及互联网巨头设计定制芯片的门槛。cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

芯片行业的门槛还在进一步降低,这还会带来怎样的变化?cBC热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

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