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干货分享:服务器处理器基础知识( 二 )



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关于异构 , 从计算单元角度来看 , x86处理器之外的计算单元 , 都可认为是异构单元 , 例如GPU、FPGA加速卡等 。
从软件系统集群角度来看 , 基于不同处理器的服务器可以认为是异构;例如基于E5-2650v4的大数据集群使用基于Gold 5115或者鲲鹏916的服务器来扩容 , 就属于扩容异构节点 。
关于众核 , 它是相对于单核而言 , 即最早的芯片只有一个核 , 到后来的双核(Dual Core)和四核(Quad Core) 。 超过这个数量的 , 不多于10个核的 , 一般称为多核(Multi Core) 。 当前的CPU核数达到32~64 , 业界称为众核(Manycore) 。 多核和众核之间并没有严格的限制 。
随着云计算 , 大数据和人工智能技术发展 , 边缘计算发挥着越来越重要的作用 , 让越来越多的数据在边沿计算 , 补充数据中心算力需求 。 边沿计算对计算架构要求多样化 , 需要不同的处理器架构来满足不断增长的算力需求 , 同时需要GPU , NPU和FPGA等技术加速特定领域的算法和专用计算 。 以此 , 不同CPU架构 , 不同加速技术应用而生 。
目前两大CPU处理器指令体系CISC和RISC架构都在互相取长补短 , 走向融合 。 CISC借用RISC的理念优化指令系统效率 , RISC引入增强指令提高复杂任务处理效率 。 所以 , 不必过分关心CISC和RISC的区别 , 两种架构都是非常先进 , 并且会长期发展演进的 。
CISC复杂指令集特点在于指令多 , 一条指令执行多个功能 。 优点体现在特定功能执行效率高 , 例如多媒体处理;缺点是系统设计复杂 , 执行效率低;典型架构包括x86 。
RISC精简指令集特点是指令少 , 复杂任务由多个精简指令组合完成 。 优点是常用工作执行效率高 , 功耗低;缺点是部分复杂任务处理效率偏低 , 例如多媒体处理;典型架构是ARM、Power、MIPS、Alpha和SPARC等 。
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RISC架构相比x86架构来说 , 物理核心更多 , 适用于当前数据中心主流的分布式计算场景;例如大数据、分布式存储、HPC等;能耗更低 , 节能环保 , 相比同样性能的x86处理器 , 功耗低20%左右 。
然而 , RISC架构相比x86架构也存在明显不足 , 如单核性能稍弱于x86;相比于Intel AVX512 , 向量指令运算能力偏弱 , 在HPC部分场景性能低于x86;对通用场景无任何影响;
ARM架构RISC-V和MIPS架构都是比较主流和流行的RISC架构 , 但两者存在比较大的差异 。

  • ARM具有更好的软件生态:ARM处理器在移动终端、IoT等领域广泛使用 , 也建立了良好的软件生态;移动端和数据中心的基础软件库是通用的;
  • ARM性能更高:ARM是主流的 , 活跃的架构 , 有多家主流参与者 , 迅速发展 , 目前性能已经可以媲美主流x86处理器 。
MIPS公司经营不善 , MIPS架构已经基本没有发展 。 Wave Computing公司宣布开源MIPS , 龙芯是中国科学院计算所自主研发的通用CPU , 基于MIPS指令集研发几代CPU , 因此 , MIPS技术还是相对比较成熟 。 MIPS指令集架构(ISA)和MIPS的最新核心R6在2019年第一季度公开发布 。
随着技术贸易战愈演愈烈 , 自主研发已经成为当代热词 , 中国研发CPU芯片的公司也犹如雨后春笋 , 目前主要的CPU研发公司包括: 华为(ARM) , 飞腾(ARM) , 海光(x86) , 龙芯(MIPS) , 兆芯(x86) , 申威(Alpha)等 。
这些公司中 , 有多家为服务器厂商提供芯片 。 目前采用上述芯片提供服务器的厂商包括:技嘉(Cavium) , HPE(Cavium) , 联想(Ampere、飞腾) , Ampere(Ampere) , 浪潮(飞腾) , 长城(飞腾) , 同方(飞腾) , 宝德(飞腾) , 云海麒麟(飞腾) 。
芯片的整体性能与制造工艺和内核的深度设计都有关系 。 工艺越先进 , 芯片集成度越高 , 芯片运行频率越快 , 功耗相对越低 , 整体竞争力越强 。
目前主要的CPU芯片代工生产商是台积电(TSMC) , 它是全球最大的晶圆代工龙头企业 , 拥有世界最高7nm生产工艺的台湾公司 , 制造工艺全球领先 。 此外 , 可代工生产CPU的中国企业包括中芯国际、华虹半导体和华力微电子等公司 , 中芯国际预计19年可实现14nm工艺 , 国产厂商也发展迅速 。


稿源:(未知)

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