Marvell推出ARM服務器芯片Thunder X3，IPC性能較上代提升超過25%

Marvell最新推出了新一代的ARM服務器芯片Thunder X3，使用臺積電7nm工藝制造，核心數量達到96核，同時繼續(xù)支持四線程，IPC性能比ThunderX2提升超過25%，是一次全面的革新與巨大的提升。

在半導體領域，Marvell（美滿電子）公司略顯低調，但又是那種遮不住光芒的實力型公司。Marvell成立于1995年，目前全球員工數量超過5000名，核心業(yè)務主要聚焦在基礎設施半導體方案，包括存儲、網絡、計算三大領域，2020財年總收入高達27億美元。

Mavell旗下擁有完整的CPU產品線，包括Armada、Octeon TX、ThunderX等多種類型的處理器。2017年Mavell收購了Cavium（凱為半導體）公司，Cavium此前擁有15年以上的高性能計算多核CPU的技術積累，在基于ARM架構的嵌入式服務器領域經驗豐富，這幫助Marvell公司在該領域繼續(xù)保持領先。

目前，Marvell已為客戶交付上億顆CPU芯片，旗下基于ARM架構的服務器處理器ThunderX在全球獲得廣泛部署，Marvell已經成為全球最大的ARM服務器處理器供應商。

前不久，Marvell推出了新一代的ARM服務器芯片Thunder X3，不僅使用了更先進的臺積電7nm工藝制造，升級為ARM v8．3指令集，核心數量也達到了驚人的96核，同時繼續(xù)支持四線程，帶來可觀的性能提升，令業(yè)界矚目。

近日我們與Marvell半導體公司副總裁及服務器處理器部總經理Gopal Hegde以及Marvell半導體公司服務器處理器部產品營銷高級總監(jiān)周立新進行了在線訪談，就Thunder X3的產品信息以及Marvell在ARM服務市場方面的布局進行了交流。

·應用場景發(fā)生變化 ARM服務器工藝制程已經領先

在服務器領域，尤其是大規(guī)模數據中心市場，基于x86架構的處理器長久以來都占據絕對優(yōu)勢，但近年來隨著云計算等應用的不斷變化，基于ARM架構的服務器逐漸受到客戶的青睞。

Marvell公司服務器處理器事業(yè)部產品營銷高級總監(jiān)周立新說到，“十幾年前，數據中心的規(guī)模還比較小，用戶數量相對來說比較少。傳統(tǒng)的業(yè)務模式對CPU的要求只聚焦在單線程性能上，對于并行業(yè)務的要求不高?，F在，除了繼續(xù)強調單線程性能，同時還要強調并行處理能力，這點在今天尤為重要。而且由于數據中心的規(guī)模越來越大，很多客戶都需要成本最低的解決方案，對成本、功耗非常敏感，這也是他們對ARM這樣低功耗、低成本處理器感興趣的原因?！?/p>

“另外，現在已經不是一個架構解決所有問題的時代。隨著GPU、異構計算架構不斷涌現，客戶對基于ARM架構的服務器處理器的興趣也是越來越高。之前傳統(tǒng)的軟件有很多都是由第三方提供的，比如Oracle提供數據庫，很多客戶沒有源代碼。但現在不一樣，一些超大規(guī)模數據中心的工作負載、應用都是有源代碼的，所以能夠很快的解決問題，而且還允許改變源代碼、改變程序來加速創(chuàng)新能力。這也對ARM服務器的引入帶來方便，可以更輕松應對兼容性問題。”周立新說到。

“在X86架構幾十年的歷史中，它的單個CPU核心既要解決服務器市場的需求，也要解決筆記本市場需求，相當于一個架構要解決很多問題，并沒有針對特定的應用有所優(yōu)化。而ARM服務不同，它是專門為服務器所做的，不需要支持消費級產品，所以可以實現高度優(yōu)化的方案。”

周立新還說：“另外，與x86相比，ARM服務在制程工藝方面已經領先。例如，英特爾雖然有自己的晶圓廠，但今天量產的仍然是14nm產品，而Marvell是TMSC臺積電代工的7nm，整整領先了兩代。而AMD的Rome還是非常成功的，但在架構方面采用chiplets設計，雖然核心數量多，但不是放在一個die上面做，die與die之間就會存在延遲、帶寬方面的限制。而Marvell的ARM處理器單核面積與AMD、Intel相比小了許多，集成度更高，功耗、性能也比他們更強?！?/p>

·96核心ThunderX3性能大幅提升 并行計算優(yōu)勢明顯

Marvell ThunderX3處理器采用臺積電（TSMC）7nm制程工藝制造，擁有高達96個核，每個核心4個線程，每個插槽的總計算能力達到384線程。內存接口支持8通道DDR4-3200，每個通道可搭載2個DIMM。IO擴展方面提供了64個PCIe Gen 4．0通道，搭載 16個控制器。

Marvell Thunder X3相比Thunder X2性能大幅提升

Marvell官方表示，ThunderX3微架構的改進使得IPC性能比ThunderX2提升超過25%，結合處理器頻率和DDR頻率的提升，單線程性能提升超過60%，單個插槽整數運算性能提升最多3倍。在浮點運算方面，ThunderX3的每個核心搭載四個128位SIMD （Neon） 單元，相比ThunderX2翻倍，因此性能可以增加5倍多。因此，ThunderX3相比ThunderX2可以說是全面的革新與巨大的提升。

關于單核四線程相比單線程的優(yōu)勢，周立新進一步說到：“我們從3個標準來看，一是SPECCPU，這是一個標準的衡量服務器的指標;第二是MySQL，大家都很熟悉的數據庫;第三是Web搜索。從性能上看，在這三個應用中四個線程開了以后跟單線程比，都有明顯提升，尤其在MySQL當中最高可以提高80%。所以，四線程對性能提升還是非常顯著的，從這點來看，ThunderX3的性能有著比較大的領先?！?/p>

Thunder X3的主要規(guī)格

“Marvell的ARM服務器處理器主要聚焦超算、云端計算和原生ARM應用這幾個方面，這些應用場景大多要求高度并行、I/O密集、延遲敏感以及ARM原生（移動工作負載）。ThunderX3的目標工作負載（如大數據、數據庫、流媒體、Web 層、彈性搜索和云存儲）其本質上是高度并行。例如，ThunderX3的96顆核心最多可以支持384個線程，每個線程就可以作為一個操作系統(tǒng)運行一個虛擬機，這樣一個芯片就可以支持384個虛機。在“安卓云”的部署中，需要邊緣設備做加速、做CDN，此時ThunderX3的并行計算優(yōu)勢就體現出來了?！盙opal Hegde在訪談中這樣說到。

“ThunderX3服務器非常適合在云端或邊緣以容器或虛擬機的形式運行當前部署在手機和ARM終端上的原生ARM應用程序。這使得各種新興的應用有機會成為現實，包括Android云游戲、云端Android和ARM軟件/應用程序開發(fā)。由于很多APP就是為了ARM開發(fā)的，所以相比x86架構我們更有優(yōu)勢?！敝芰⑿抡f。

還有Arm Native，國內主要是安卓云的業(yè)務。Marvell目前已經有了相應的解決方案，不僅能提供硬件設備，還可以提供包括軟件在內的整套解決方案。

“另外，與云計算類似，超算任務也有很多都是并行的應用，包括天氣預測、能源行業(yè)等等。所以多核、多線程是非常適合這些場景。然后超算里面還有很重要一點，就是對內存帶寬、延時的要求非常高，同時超算的部署密度非常高，所以對功耗要求也很敏感，ARM處理器在這些方面也具有明顯優(yōu)勢。在很多實驗室、Oil Gas、CAE、Genomics、EDA等行業(yè)，我們都找到了適用性非常強，且與x86相比有著明顯競爭優(yōu)勢的方案?！敝芰⑿抡f。

·完整生態(tài)支持 ARM服務器增長潛力巨大

要知道服務器市場是一個跟生態(tài)密切相關的業(yè)務，終端芯片只是一部分，客戶需要的是從芯片、操作系統(tǒng)、到應用層等一整套的解決方案。任何一個服務器包括x86，都不是獨立運作的，都需要系統(tǒng)廠商以及各種各樣的硬體配合，包括Memory、HBA等很多外設，還有操作系統(tǒng)、應用軟件等一系列的支持，這樣的業(yè)態(tài)才會成功。

周立新說：“Marvell目前已經有超過100個生態(tài)伙伴，從系統(tǒng)廠商到硬件的外設，從軟件到操作系統(tǒng)OS，以及中間的Middleware，這對我們而言非常重要，我們也很高興看到ARM服務器生態(tài)還在持續(xù)成長。

周立新在提到Marvell在ARM服務器領域所取得的成就時非常自豪，他表示：“五年前，我們只有三四個生態(tài)伙伴，剛開始是非常艱難的。過去兩年，ThunderX2已經廣泛部署在了云計算和HPC市場，主要客戶包括Microsoft Azure、桑迪亞國家實驗室中的 500強超級計算機Astra、美國能源部的國家實驗室、英國萊斯特大學等等?！?/p>

微軟公司Microsoft Azure資深工程師Leendert van Doorn博士曾表示：“微軟Project Olympus云硬件與Marvell ThunderX2服務器處理器的結合是一個里程碑，提升了Azure云基礎設施中ARM64產品的開發(fā)能力。微軟致力于推動平臺創(chuàng)新，我們對處理器架構的進一步支持是我們踐行行業(yè)領導力與最佳實踐的一部分。與Marvell和鴻佰科技的合作為我們的內部使用帶來了最完整、性能最強的ARM服務器解決方案。”

Gopal Hegde說：“ThunderX2已經成為世界上應用最廣泛的基于ARM架構的服務器處理器，而且是被一些業(yè)務規(guī)模非常大的客戶所證明。我們剛才提到的包括美國和歐洲的超算實驗室，業(yè)務要求都是非常高的，我們在實踐中都已經證明。ThunderX3的性能比ThunderX2有更大的提升，目前公開的二十幾個使用ThunderX2處理器的客戶，已經表示將會繼續(xù)升級至ThunderX3?！?/p>

三年前ARM曾經有過預測，大概在2020～2022年的時候，全球大概會有20%左右的服務器將是基于ARM架構運行的。近年來，包括Ampere、華為等數家廠商紛紛發(fā)力ARM服務器市場，也充分說明ARM生態(tài)的巨大潛力，ARM加速應用的時機逐漸成熟，生機勃勃的春天已經到來。

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